ТОКСИКОЛОГІЯ ПЕСТИЦИДІВ
УДК 613:632.95.024:632.954
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ В УКРАИНЕ ГЕРБИЦИДОВ НА ОСНОВЕ ИМАЗЕТАПИРА
Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, Украина, Киев
Введение
В условиях Украины выявлена высокая гербицидная активность препаратов, изготовленных на основе имазетапира. В настоящее время в качестве почвенных гербицидов, а также для применения в период вегетации на посевах сои, гороха, люцерны зарегистрированы препараты:
Цель данного исследования: оценка опасности для человека и окружающей среды имазетапира и препаратов на его основе в связи с использованием их в сельском хозяйстве Украины.
Задачи работы:
— используя данные фирм-изготовителей и результаты собственных исследований с токсикологических позиций оценить изучаемые препараты и их действующие вещества;
— изучить динамику остаточных количеств имазетапира в сельскохозяйственной продукции, выращиваемой с использованием гербицидов
— определить степень возможного загрязнения объектов окружающей среды имазетапиром при применении препаратов на его основе;
— оценить опасность производственной среды для лиц, занятых применением гербицидов, содержащих в качестве действующего вещества имазетапир.
Материалы и методы исследования
Имазетапир. Эмпирическая формула имазетапира: С15Н19N3О3.
Структурная формула:
Молекулярная масса: 289,3. Химическое название:
IUPAC: (RS)-5-этил-2-(4-изопропил-4-метил-5-оксо-2-имидазолин-2-ил)никотиновая кислота;
C.A.: (±)-2-[4,5-дигидро-4-метил-4-(1-метил-этил)-5-оксо-1Н-имидазол-2-ил]-5-этил-3-пиридинкарбоксилат;
CAS RN [81335-77-5].
Класс соединений: производные имидазолина.
Степень чистоты имазетапира технического:
I — фирмы Tragusa SL, Испания: 98,1% [1];
II — фирмы Willowood Ltd, KHP: 97,0% [2];
III — фирмы BASF AG, Германия: не менее 94% [3].
Имазетапир технический представляет собой твердое вещество от белого до коричневого цвета с легким специфическим запахом. Температура плавления: 172—175°С.
Растворимость при 25°С, г/л: в воде — 1,4; ацетоне — 48,2; метаноле — 105,0; толуоле — 5,0; дихлорметане — 185; диметилсульфоксиде — 42,2; изопропаноле — 117.
Коэффициент распределения в системе п—октанол/вода при рН 5; 7 и 9 сответственно 11; 31 и 16.
Летучесть: 1,4•10-3 мг/м3 при 20°С.
Препараты на основе имазетапира (ДТ-03 — I; Патриот — II; Пивот — III) представляют собой водорастворимые концентраты от светлозеленого до светлокоричневого цвета. Они коррозируют цинк, железо, медь, бронзу, алюминий. Термическая деструкция может сопровождаться образованием токсичных оксидов азота и углерода. Температура кипения — 100°С.
Токсиколого—гигиенические исследования проведены в соответствии с [4]. Отбор, упаковку, доставку и хранение проб воздуха, растений, почвы осуществляли согласно [5, 6]. Определение содержания имазетапира в воздухе, смывах с открытых участков кожи и с аппликаторов на спецодежде, а также в растениях и почве проводили методами высокоэффективной жидкостной и тонкослойной хроматографии (ВЖХ и ТСХ) [7—10].
Степень возможного профессионального риска комплексного воздействия имазетапира на операторов определяли согласно модели [11]. Цифровые данные обрабатывали методом вариационной статистики [12].
Информация о месте, времени и условиях проведения гигиенических исследований приведена в табл. 3.
Результаты и их обсуждение
Имазетапир (все исследованные образцы) и препараты на его основе после введения в организм крыс в токсических дозах вызывали однотипные симптомы отравления, наблюдавшиеся обычно в первые 1—3 ч: гипокинезия, атипичное положение тела (горбовидная спина), пилоэрекция, саливация. На следующий день подопытные животные по внешнему виду и поведению не отличались от контрольных.
В табл. 1 представлены параметры токсического действия имазетапира, синтезированного различными фирмами, и препаратов, в состав которых последний входит в качестве действующего вещества.
Из представленных данных следует, что по токсикологическим параметрам все три образца имазетапира сходны. Это же касается и препаратов, созданных на их основе.
В соответствии с [13] исследуемые вещества относятся при поступлении в организм per os и через кожу к IV классу опасности (мало опасные). Раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки не обнаружено, либо отмечались слабые его проявления, что позволяет отнести вещества по этому эффекту к III классу опасности (умеренно опасные). Аллергенные свойства не выявлены (IV класс опасности). Что касается токсичности при ингаляционном воздействии, то ЛК50 (концентрация, вызывающая гибель 50% животных) в эксперименте не достигнута. Если условно принять в качестве ЛК50 максимально исследованные концентрации (не вызывающие гибели и видимых симптомов интоксикации животных), то все изучаемые соединения можно отнести ко II классу опасности — опасны.
Расценивая ингаляционную токсичность как лимитирующий критерий вредного действия имазетапира и препаратов на его основе, все исследуемые вещества отнесены ко II классу опасности.
Субхронические и хронические эксперименты проведены на белых мышах и крысах, кроликах, собаках, которым с кормом давали имазетапир в широком диапазоне доз.
Тестирование проводили спустя 3, 6, 12, 18 и 24 месяца от начала воздействия. Исследовали показатели, характеризующие состояние различных функций организма. В крови определяли содержание общего белка, альбуминов, глобулинов, билирубина, холестерина, глюкозы, кальция, хлоридов, калия и натрия, активность ферментов — g-глутамин транспептидазы, щелочной фосфатазы, аланин- и аспартатамино-трансферазы, лактатдегидрогеназы. При анализе мочи регистрировали плотность, рН, содержание билирубина, уробилиногена, глюкозы, белка, кетоновых тел. Проводили микроскопию осадка. В конце эксперимента определяли относительную массу органов, проводили патологоморфологические и гистологические исследования [14].
Полученные результаты позволили заключить, что имазетапир — вещество политропного действия. Общетоксическое действие проявлялось изменением массы тела, относительной массы органов, у собак — также уменьшением количества эритроцитов и содержания гемоглобина в крови. По изменению этих показателей установлены недействующие дозы (NOEL) имазетапира (табл. 2)
Как следует из представленных данных, лимитирующей оказалась NOEL имазетапира для собак в хроническом эксперименте — 250 мг/кг массы тела.
При исследовании мутагенной активности имазетапира в ряде тестов (индукция реверсных мутаций в бактериальных тест-системах; тест на индукцию генных мутаций в культуре овариальных клеток китайского хомячка; цитогенетический тест in vitro на индукцию хромосомных аберраций в культуре овариальных клеток китайского хомячка; тест на индукцию хромосомных аберраций в клетках костного мозга крыс in vivo; тест на репарацию ДНК в первичной культуре гепатоцитов крыс; тест на доминантные летальные мутации) получены отрицательные результаты. Это позволяет оценить имазетапир, как вещество, не обладающее мутагенными свойствами.
Канцерогенная активность имазетапира изучена на мышах и крысах. Мыши линии Charles River CD-1 в течение 18 мес получали имазетапир с кормом в дозах: 125; 625 и 1250 мг/кг массы тела. Крысам линии Crl:CD(SD)BR в течение 24 месяцев давали с кормом имазетапир в дозах 50, 250 и 500 мг/кг массы тела.
Установлено, что частота выявленных опухолей, их спектр и время появления у мышей и крыс, получавших имазетапир в различных дозах, находились в пределах колебаний, характерных для контрольных животных. Не обнаружено различий между количеством животных в опыте и контроле с доброкачественными и злокачественными опухолями. Таким образом, имазетапир не обладает онкогенной активностью.
Эмбриотоксического, тератогенного действия и влияния на репродуктивную функцию имазетапир не оказывал при воздействии в относительно больших дозах (1000 мг/кг и более).
Изложенное свидетельствует о том, что отдаленные эффекты действия не являются лимитирующим критерием при оценке опасности и обосновании допустимой суточной дозы (ДСД) имазетапира для человека.
Исходя из лимитирующей NOEL 250 мг/кг массы тела для собак в хроническом эксперименте, обоснована и утверждена ДСД имазетапира для человека на уровне — 1,0 мг/кг массы тела [15].
В процессе изучения токсикокинетики и метаболизма у крыс, коз и кур установлено, что независимо от пола животного, введенной дозы, кратности воздействия вещество быстро выводится из организма — более 95% в течение 30 часов. Имазетапир выделяется из организма в основном в неизмененном виде. Только около 2% введенной дозы метаболизируется с образованием a-гидроксиэтилового производного имазетапира. Основной путь выведения имазетапира — с мочой (89—95%), меньше — с калом (6—11%). Имазетапир и его метаболит в организме не накапливаются.
Молоко, кровь, печень, почки, мышечная и жировая ткани коз, получавших количество имазетапира в желатиновых капсулах, в 50 раз превышающее возможное поступление в организм с основным кормом коз — люцерной, содержат общие радиоактивные остатки на уровнях, которые ниже пределов количественного определения.
Аналогичный результат был получен при исследовании содержания имазетапира и его метаболита в яйцах, крови, мышечной ткани, печени кур, получавших эти вещества с кормом в течение 7 дней.
Таким образом, имазетапир и его основной метаболит не выделяются с молоком лактирующих коз, не содержатся в яйцах кур, а также не накапливаются в съедобных тканях кур и коз.
Имазетапир чрезвычайно стабилен в воде и почве.
Основные его метаболиты: в воде: 5-этил-2,3-пиридинкарбоксиловая кислота и 5-этил-3-пиридинкарбоксиловая кислота, в почве: 2-[(1-карбамоил-1,2-диметилпропил) карбамоил]-5-этил никотиновая кислота.
Имазетапир не мигрирует из почвы в атмосферный воздух, умеренно адсорбируется почвой, корнями и листьями, может перемещаться и накапливаться в растениях. Однако в реальных условиях при применении препаратов на основе имазетапира согласно регламентов в период сбора урожая вещество в растениях практически не обнаруживается.
Основные метаболиты в растениях: a-гидроксиэтиловый аналог имазетапира; гликозидный коньюгат a-гидроксиэтилового аналога имазетапира.
Метаболиты не являются значимыми в токсикологическом аспекте (ЛД50 каждого из них превышает 5000 мг/кг).
Гигиеническое изучение условий труда и возможность загрязнения имазетапиром объектов окружающей среды проводили в с. Чабаны Киево—Святошинского района Киевской области на базе института земледелия УААН при обработке посевов сои препаратом
Анализ полученных данных показал, что использование препаратов
Таким образом, можно заключить, что условия труда при использовании препаратов на основе имазетапира для опрыскивания посевов сои в соответствии с рекомендованными регламентами соответствуют гигиеническим требованиям.
В мире нет сообщений о случаях отравления людей имазетапиром.
В день обработки в воздухе над подопытным участком имазетапир обнаружен в количестве 0,02±0,003 мг/м3
Чтобы оценить степень возможного загрязнения культур, произрастающих на соседствующих с обрабатываемым участках, а также объектов окружающей среды, в динамике исследовали содержание имазетапира в пробах воздуха, почвы, растений, отобранных на расстоянии 25, 50 и 100 м от границы обрабатываемого участка с подветренной стороны. Ни в одной из исследуемых проб имазетапир не был обнаружен.
Результаты исследования содержания остаточных количеств имазетапира в растениях, обработанных гербицидами на его основе, а также в почве представлены в табл. 3.
Из данных таблицы следует, что в день обработки в растениях сои и гороха имазетапир обнаруживался в количестве от 0,13 до 0,60 мг/кг. Со временем остаточные количества уменьшались и спустя 28 дней после обработки имазетапир в растениях практически не обнаруживался либо определялся на уровне предела определения (<0,1 мг/кг). Во время сбора урожая имазетапир не был обнаружен в зерне гороха и бобах сои, а также в масле, приготовленном из этих бобов.
В почве в день обработки имазетапир определялся в количестве от 1,30 до 0,17 мг/кг. Максимальное количество имазетапира, обнаруженное в почве спустя 28 дней после обработки, составляло 0,15 мг/кг.
В период сбора урожая (54 дня после обработки) вещество в почве не было обнаружено. Органолептические свойства продуктов урожая не были изменены по сравнению с контрольными образцами. Приведенные данные свидетельствуют о безопасности для населения продуктов, выращенных с использованием препаратов на основе имазетапира.
Выводы
1. Характер и степень выраженности токсического действия трех образцов имазетапира (фирм Tragusa S.L., Willowood Ltd, BASF AG) идентичны. Имазетапир и препараты на его основе
2. Кожно-резорбтивное действие имазетапира и гербицидов на его основе не выражено. Кожу и слизистые оболочки изучаемые вещества не раздражают либо оказывают слабо выраженное раздражающее действие.
3. Аллергенные свойства у имазетапира и гербицидов, содержащих его в качестве действующего вещества, не выявлены.
4. Отдаленные эффекты действия (мутагенное, канцерогенное, тератогенное, эмбриотоксическое, влияние на репродуктивную функцию) имазетапира не обнаружены.
5. В результате субхронического и хронического экспериментов, выполненных на животных различных видов, установлено, что имазетапир — вещество политропного действия. Лимитирующая величина NOEL в хроническом опыте для собак породы Beagle — 250 мг/кг м.т., исходя из которой обоснована допустимая суточная доза для человека — 1,0 мг/кг м.т.
6. Применение препаратов, содержащих в качестве действующего вещества имазетапир, в сельском хозяйстве не сопровождалось загрязнением воздуха рабочей зоны и кожных покровов, и, следовательно, не представляет опасности для работающих. Степень профессионального риска вредного влияния имазетапира при поступлении в организм операторов через органы дыхания и кожу составляет 0,1—0,12 (допустимая степень риска — 1,0).
7. С позиций гигиены питания продукты, выращенные с использованием гербицидов на основе имазетапира, не представляют опасности для населения, поскольку к моменту сбора урожая остаточные количества имазетапира в них не были обнаружены.
8. Обработка посевов сельскохозяйственных культур препаратами, содержащими в качестве действующего вещества имазетапир (норма расхода 1,0 л/га), с использованием прицепных штанговых опрыскивателей "ОПШ-2000" и "Юниор-600", агрегатированных с тракторами "МТЗ-82" и "МТЗ-80", не сопровождалась загрязнением окружающей среды: в атмосферном воздухе, почве, растениях на расстоянии 25, 50 и 100 м от границы обрабатываемого участка имазетапир не был обнаружен.
9. Анализ представленных фирмами материалов и результатов собственных исследований позволяет считать применение в соответствии с установленными регламентами гербицидов на основе имазетапира безопасным с позиций гигиены труда, гигиены питания и экогигиены. Для осуществления санитарного надзора разработаны: ОБУВ в атмосферном воздухе — 0,04 мг/м3; ОБУВ в воздухе рабочей зоны — 0,5 мг/м3; МДУ в бобовых культурах — 0,1 мг/кг, сое — 0,5 мг/кг; ПДК в воде водоемов — 0,006 мг/дм3 (лимитирующий показатель — общесанитарный); ПДК в почве — 0,03 мг/кг (лимитирующий показатель — водно-миграционный) [15].
Литература
1. Досье ф. Тragusa Imazethаpyr. Испания, 2003 г.
2. Досье ф. Willwood Ltd Imazethаpyr. КНР. 2003 г.
3. Досье ф. BASF AG Imazethаpyr., Германия, 2003 г.
4. Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов. —Киев. —1988. 209 с.
5. ГОСТ 12.1.005—88 "Общие санитарно—гигиенические требования к воздуху рабочей зоны", М. 1988.
6. Унифицированные правила отбора проб сельскохозяйственной продукции, продуктов питания и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов. Утв. МЗ СССР 21.08.1979, №2051—79.
7. Временные методические указания по определению остаточных количеств имазетапира в сое, горохе, сырье лекарственных культур, почве, воде методом тонкослойной хроматографии. Утв. МЗ СССР 29.07.1991, №6245—91. Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. Сб. №24. —Киев, 1998. —С. 32—37.
8. Методичні вказівки з визначення імазетапіру в грунті методом високоефективної рідинної хроматографії. Утв. Министерством экологии и природних ресурсов Украины 26.09.2003, №440—2003.
9. Методичні вказівки з визначення імазетапіру в повітрі робочої зони та атмосферному повітрі методом високоефективної рідинної хроматографії. Утв. Министерством экологии и природных ресурсов Украины 26.09.2003 № 441—2003.
10. Методичні вказівки з визначення імазетапіру у воді методом високоефективної рідинної хроматографії. Подано на утверждение, 2003 г.
11. Методические рекомендации по изучению и гигиенической оценке условий труда при применении пестицидов. Утв. МЗ России, №01—19/140—17. —М., 1995.
12. Иванов Ю.И., Погорелюк О.Н. Статистическая обработка результатов медико—биологических исследований на микрокалькуляторах по программам. —М.: Медицина, 1990. —224 с.
13. Гігієнічна класифікація пестицидів за ступенем небезпечності. ДержСанПіН 8.8.1.002—98.
14. Биохимические, иммунологические и биофизические методы в токсикологическом эксперименте. —Метод. руководство. —Киев, 1989. —184 с.
15. ДСанПіН 8.8.1.2.3.4.—000—2001 "Допустимі дози, концентрації, кількості та рівні вмісту пестицидів у сільськогосподарській сировині, харчових продуктах, повітрі робочої зони, атмосферному повітрі, воді водоймищ, ґрунті". Утв. МЗ Украины 20.09.2000, постановление №137.