Гигиеническая оценка особенностей токсикодинамики и механизма действия на организм теплокровных животных и человека гербицида класса оксиацетамидов — флуфенацета

  • Авторы: О.О. Новохацкая, Е.П. Вавриневич, А.Н. Антоненко, В.Г. Бардов, С.Т. Омельчук

Институт гигиены и экологии Национального медицинского университета имени А.А. Богомольца, Украина, Киев

Резюме. Проведен анализ данных литературы о токсических свойствах нового гербицида класса оксиацетамидов — флуфенацета в острых, субхронических и хронических опытах на разных видах животных. Было установлено, что в соответствии с гигиенической классификацией пестицидов (ДСанПін 8.8.1.002-98), флуфенацет относится ко 2 классу опасности (опасный). Показано, что первичным органом-мишенью действия флуфенацета является печень, вторичным — щитовидная железа. В результате проведенного анализа обосновано допустимую суточную дозу флуфенацета для человека на уровне 0,004 мг/кг.
Ключевые слова: гербициды, оксиацетамиды, токсичность, допустимая суточная доза.

Актуальність. Пестициди — невід’ємна складова ведення сільськогосподарського виробництва. В Україні асортимент пестицидних препаратів щорічно збільшується, що може викликати забруднення об’єктів довкілля та зміни стану здоров’я населення [1, 2]. Перше місце в структурі асортименту пестицидів, дозволених до використання в Україні, посідають гербіциди різних класів [3], які відрізняються за токсикологічними характеристиками.

В Україні, відповідно до сучасних, підходів обов’язковою умовою реєстрації нових пестицидів є їх повна токсиколого-гігієнічна оцінка та обґрунтування допустимої добової дози (ДДД) для людини [4]. ДДД є основним показником токсичності речовини, який використовується для комплексної оцінки сумарного надходження пестицидів до організму людини різними шляхами [5, 6].

Одним з представників нових сучасних гербіцидів є флуфенацет — діюча речовина препарату Артист, ВГ. Флуфенацет — гербіцид, який пригнічує фермент елонгазу довголанцюгових жирних кислот в рослинах. Механізм дії флуфенацету на шкідливу рослинність подібний до дії хлорацетанілідів і є типовим для гербіцидів [7].

Метою роботи була гігієнічна оцінка небезпечності за токсикологічними критеріями нового гербіциду флуфенацету, наукове обґрунтування його допустимої добової дози.

Матеріали та методи дослідження. У роботі наведено гігієнічну оцінку флуфенацету на підставі експертно-аналітичного вивчення даних US ЕРА, FAO/WHO, Health Canada [8–11] щодо результатів токсикологічних експериментів різної тривалості. Флуфенацет відноситься до хімічного класу оксіацетамідів. Основні фізико-хімічні властивості флуфенацету наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Фізико-хімічні властивості флуфенацету [8]

Оцінку токсичності флуфенацету для теплокровних лабораторних тварин та їх небезпечності для людини здійснено за даними літератури та інтернет-сайтів згідно з чинною в Україні гігієнічною класифікацією пестицидів за ступенем небезпечності (ДСанПін 8.8.1.002-98) [12].

Допустиму добову дозу (ДДД) досліджуваної речовини для людини обґрунтовували відповідно до методології комплексного гігієнічного нормування пестицидів з використанням методичних підходів, викладених у [4, 5].

Результати досліджень. За результатами аналізу та узагальнення даних літератури, інтернет-сайтів [8–11] щодо первинної токсикологічної оцінки флуфенацету (табл. 2) було встановлено, що згідно з гігієнічною класифікацією пестицидів за ступенем небезпечності флуфенацет за параметрами гострої пероральної токсичності відноситься до 3 класу небезпечності (помірно небезпечний), перкутанної токсичності — 4 класу (малонебезпечний), за гострою інгаляційною токсичністю — до 2 класу (небезпечний), за подразнюючою дією на шкіру — до 4 класу (не подразнює), за подразнюючою дією на слизові оболонки — до 3 класу (слабо подразнює). Досліджувана речовина не проявляє алергенні властивості в тесті на морських свинках.

Таблиця 2. Параметри гострої токсичності флуфенацету [8-10]

За іншими даними [11] флуфенацет малотоксичний для мишей, помірно токсичний для щурів, не токсичний при нанесенні на шкіру кролів максимальних досліджуваних концентрацій, мінімально подразнює слизову оболонку очей та не подразнює шкіру, алерген. В короткострокових та хронічних дослідах у мишей, собак та щурів були виявлені однакові ефекти.

У табл. 3 наведені величини недіючих доз, встановлені в підгострих, субхронічних, хронічних дослідах за даними відкритих джерел [9–11]. У підгострому досліді на щурах клінічних симптомів загальнотоксичної дії виявлено не було [9–11]. На основі збільшення маси печінки, гіпертрофії клітин і величини рівня Т4 було встановлено, що флуфенацет діє як індуктор гладенького ендоплазматичного ретикулуму гепатоцитів і функції окислення цитохрому Р450 по фенобарбіталовому типу. За даними [9–11] рекомендована величина NOAEL 1000 мг/кг. На нашу думку, в цьому досліді NOAEL 150 мг/кг.

Таблиця 3. Величини недіючих доз флуфенацету в субхронічних та хронічних експериментах при пероральному надходженні [9–11]

У субхронічному досліді на щурах речовина в концентрації 3000 ppm спричиняла зниження маси тіла. Встановлена NOEL — 7,2 мг/кг (100 ppm) [9–11]. Оскільки у самців, які отримували речовину в концентрації 100 ppm, спостерігається зниження рівня тироксину, ця доза була вище NOEL (ймовірно вона може бути прийнята в якості NOAEL). У субхронічних дослідах на щурах речовина в концентрації 60 і 100 ppm у самок спричиняла статистично значиме зниження рівня тироксину [9–11]. Базуючись на отриманих результатах, прийнята велична NOEL в субхронічному експерименті дорівнює 1,7 мг/кг (30 ppm).

У щурів, які впродовж 2 років отримували речовину в максимальних дозах, відзначено збільшення випадків гепатоцитомегалії, некроз окремих гепатоцитів, міліарна гіперплазія/фіброз, катаракта, пігментація селезінки, підвищення випадків гіперплазії ниркових лоханок, кістозна гіперплазія ендометрію, гранулематозна пневмонія [9–11]. Найбільш токсикологічно значимим є збільшення вмісту метгемоглобіну. NOAEL встановлена на рівні 25 ppm [9–11].

У хронічному досліді на мишах CD-1 мало місце помутніння рогової оболонки ока [11]. При гістологічному дослідженні виявлено катаракту у тварин, що отримували речовину в дозах 50 ppm і вище. Недіючою дозою, виходячи із змін вмісту гемоглобіну, може вважатися доза 50 ppm [10, 11], проте за катарактогенним впливом ця доза перевищує NOEL.

У хронічному досліді на собаках породи Beagle встановлено, що в максимальних дозах речовина спричиняла аномалії поведінки (гіпорекативність, зниження реакції на рух і звук, гіперреактивність/гіпертонія, аномалії положення тіла, порушення ходи, оптичний ністагм/страбізм) [11]. Встановлено, що собаки є найбільш чутливим видом тварин до дії флуфенацету. Оскільки в мозку собак виявлено основний метаболіт речовини — тіадон — у значній кількості, вважається, що цей метаболіт легко проникає через гематоенцефалічний бар’єр і виявлені зміни в організмі собак є результатом дії тіадону [9–11].

У хронічних дослідах у всіх трьох видів тварин (миші, щури, собаки) були виявлені тотожні відхилення, пов’язані з дією флуфенацету, в наступних органах: нирки, кістковий мозок, селезінка, щитоподібна залоза [9–11]. Зміни в очах: катаракта (миші та щури), мінералізація склери (щури), вакуолізація епітелію циліарного тіла та кістозна вакуолізація периферичної частини райдужки (собаки) [11]. Також у собак та щурів, що отримували максимальні дози речовини, було виявлено аксональний набряк головного та спинного мозку [11].

У табл. 4 узагальнено результати щодо віддалених ефектів дії флуфенацету.

Таблиця 4. Віддалені ефекти дії флуфенацету [9–11]

Мутагенна активність речовини досліджена на достатній кількості тестів (тест Еймса, тест на індукцію генних мутацій, тест на дослідження позапланового синтезу ДНК in vitro, тест на хромосомні аберації, мікроядерний тест in vivo) [8–11]. Аналіз результатів свідчить про відсутність мутагенної активності у досліджуваної речовини. Канцерогенної активності флуфенацету не виявлено в дослідах на щурах і мишах [8–11].

Клінічні ознаки нейротоксичного впливу флуфенацету спостерігали в гострих та підгострих дослідах [10, 11]. У гострих дослідах на гризунах виявлено порушення координації та ходи, зниження активності, в підгострих — зниження сили передніх лап, порушення координації установочного рефлексу, зниження температури тіла [11]. А у собак в аналогічних дослідах було виявлено лише нахил голови наприкінці 1-річного досліду [11]. Також в 1-річному досліді на собаках було виявлено нелінійність екскреції основного метаболіту флуфенацету — тіадону, що свідчить про виснаження метаболічних процесів при високих дозах [11].

Для більш детального вивчення впливу основного метаболіту тіадону було проведено додаткові дослідження на собаках [11], в якому було виявлено аксональний набряк головного та спинного мозку, а також зниження активності глутатіон редуктази стовбура головного мозку та мозочка при високих дозах, підтверджуючи гіпотезу про те, що обмеження глутатіон-залежних шляхів метаболізму та збільшення антиоксидантного стресу і є причиною описаних змін мозку [11]. У дослідах з вивчення токсикокінетики тіадону його було виявлено в екстрактах мозку [11]. Відомо, що пригнічення глутатіон-залежних шляхів метаболізму на 20 % призводить до пошкоджень клітин, що значно залежать від рівня кисню, спричиняючи їх апоптоз [11, 13]. Разом вищезгадані дані свідчать, що виявлені нейротоксичні ефекти пов’язані з підвищеною тканинною утилізацією глутатіону, що призводить до зниження захисту клітин від окисного стресу.

Дослідження впливу флуфенацету на репродуктивну функцію проведено на щурах в тест-системі двох поколінь [9–11]. Шкідливого впливу на потомство виявлено не було [9–11]. NOEL за репродуктивними параметрами — 500 ppm, за системною токсичністю — 20 ppm, виходячи із збільшення маси печінки та наявності гепатоцелюлярної гіпертрофії у самок покоління F1 при 100 ppm.

Ембріотоксичну і тератогенну дію досліджено на щурах і кролях [9–11]. Встановлено, що речовина не впливає на рівень смертності і появу клінічних симптомів загально-токсичної дії в дослідах на щурах [9–11]. У плодів за дії максимальної дози виявлено незначне зниження маси тіла, збільшення кількості випадків сповільнення осифікації у деяких тварин та/або збільшення частоти появи додаткових ребер [9–11]. Тератогенна дія не виявлена.

У дослідах на кролях при вивченні ембріотоксичності та тератогенної дії речовини у двох максимальних дозах у самок спостерігалось зменшення приросту маси тіла в період затравки, гістологічні зміни в печінці [9–11]. У плодів за дії максимальної дози виявлено зниження маси тіла плодів та збільшення кількості випадків уповільнення осифікації кісток скелету [9–11]. Тератогенна дія не виявлена.

У ряді дослідів на щурах зафіксовано, що флуфенацет індукує печінковий метаболізм (проліферація ендоплазматичної сітки, гепатоцелюлярна гіпертрофія, збільшення маси печінки), а також знижують рівень Т4 у крові [10, 11]. У літературі є дані [14–16], що ряд діючих речовин пестицидів знижує рівень гормонів щитоподібної залози, безпосередньо не впливаючи на неї, а індукуючи печінковий метаболізм (тобто індуктори печінкового метаболізму за фенобарбіталовим типом).

Для з‘ясування даного питання щодо флуфенацету були проведені дослідження на щурах [11], яким хірургічним шляхом видаляли щитоподібну залозу та проводили замісну гормональну терапію через імплантовану мініпомпу впродовж 4 тижнів дозами Т3 та Т4, що відповідали еутиреоїдному контролю [11]. Через 7 днів після встановлення мініпомп контрольним та піддослідним тваринам з кормом починали давати флуфенацет. Крім того, вивчали функціонування щитоподібної залози, експонованої флуфенацетом шляхом зміни вживання йоду [11]. Було виявлено зниження рівня Т4 та збільшення печінки як у контрольних, так і піддослідних тварин, хоча функціональний стан щитоподібної залози, виміряний за споживанням нею йоду, був незмінний [11]. Таким чином, було встановлено, що флуфенацет не впливає на гормонсинтезуючу функцію щитоподібної залози.

Також було проведено дослід з вивчення метаболізму тирозину в печінці [10, 11], в якому виявлено значне збільшення активності печінкової уридинглюкуроніл трансферази — основного ферменту метаболізму тиреоїдних гормонів у печінці щурів при збереженій функції щитоподібної залози.

Собаки були визнані найбільш прийнятним видом тварин для екстраполяції даних, враховуючи зміни в печінці, очах, нервовій системі, змін рівня Т4, глюкози, альбумінів. Індикатором чутливості впливу флуфенацету визнано зниження рівнів Т4 та Т3 у крові. Фізіологічна чутливість собак до зміни рівня даних гормонів та їх гомеостаз ближчі, ніж у щурів, до гомеостазу людини [11].

Однак виходячи з принципів гігієнічного нормування, прийнятих в Україні, в основу яких покладено принцип агравації та підпороговості (відсутності) ефектів, при обґрунтуванні ДДД виходили також з підпорогової дози, встановленої на найбільш чутливому виді тварин — щурах.

У результаті проведеного аналізу обґрунтовано величину ДДД флуфенацету на рівні 0,004 мг/кг, виходячи з:
— мінімального NO(А)EL 1,2 мг/кг, встановленого в хронічному експерименті на щурах і NO(А)EL 1,14 мг/кг, встановленого в експерименті на собаках;
— коефіцієнта запасу 300 (враховуючи наявність катарактогенної і нейротоксичної дії на 3-х видах тварин; більш виражену чутливість молодих тварин до дії речовини; відхилення, що виявлені в експерименті по вивченню ембріонейротоксичності).

Обґрунтована величина ДДД забезпечує коефіцієнт запасу по відношенню до мінімальної концентрації в досліді по вивченню ембріотоксичності і тератогенності — 1250–6250, репродуктивної токсичності — 9350, канцерогенності — 9750–15550.

Слід відзначити, що в 2003 році в Європейському Союзі прийнято величину допустимого добового надходження (ADI) флуфенацету на рівні 0,005 мг/кг [10], виходячи з величини найменшої порогової дози, встановленої в хронічному досліді на щурах (1,2 мг/кг), з коефіцієнтом запасу 250.

У Канаді [11] обґрунтовано ADI на рівні 0,0038 мг/кг, виходячи з мінімальної порогової дози 40 ppm (1,14 мг/кг), встановленої в досліді на собаках та коефіцієнта запасу 300 (у зв’язку з відсутністю підпорогової дози в основному експерименті). Дана величина забезпечує коефіцієнт запасу (MOE) 1850 по відношенню до підпорогових доз у дослідах з вивчення репродуктивності та нейротоксичності.

Висновки. Встановлено, що згідно з ДСанПіН 8.8.1.002-98 флуфенацет за параметрами гострої пероральної та перкутанної токсичності відноситься до 4 класу (малонебезпечний), за гострою інгаляційною токсичністю — до 2 класу (небезпечний), за подразнюючою дією на шкіру — до 3 класу (слабо подразнює), та слизові оболонки — до 4 класу (не подразнює), алергенною дією — 4 класу (не алерген).
1. Основним органом-мішенню впливу флуфенацету визнано печінку (гепато-целюлярна гіпертрофія), вторинним — щитоподібну залозу (зниження концентрації тироксину, трийодтироніну).
2. Встановлено, що флуфенацет не впливає на функцію гіпофізу та щитоподібної залози, а індукує печінковий метаболізм тиреоїдних гормонів по фенобарбіталовому типу, призводячи до зниження рівня Т4 у крові.
3. Обґрунтовано ДДД для людини флуфенацету на рівні 0,004 мг/кг (мінімальна NО(А)EL 1,2 мг/кг, встановлена в хронічному експерименті на щурах і NО(А)EL 1,14 мг/кг, встановлена в експерименті на собаках, коефіцієнт запасу — 300).

Література

1. Use of acetochlor and cancer incidence in the Agricultural Health Study / C.C. Lerro, S. Koutros, G. Andreott [et all] // International Journal of Cancer. —2015. —V. 137(5). —P. 1167–1175.

2. Characteristics and magnitude of acute pesticide-related illnesses and injuries associated with pyrethrin and pyrethroid exposures-11 states, 2000–2008 / N.L. Hudson, E.J. Kasner, J. Beckman [et al.] // A merican Journal of Industrial Medicine. —2014. —V. 57(1) —P. 15–30.

3. Перелік пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні (Офіційне видання) /упоряд. В.У. Ящук, В.М. Ващенко, Р.М. Кривошея [та ін.]. —Київ: Юнівест Медіа, 2016. —1023 с.

4. Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов: МУ № 4263-87. —[Утв. 13.03.87]. —К.: М-во здравоохранения СССР, 1988. —210 с.

5. Трахтенберг И.М. Еще раз о соотношении комплексного и системного в гигиеническом нормировании вредных веществ (полемические заметки) / И.М.Трахтенберг, М.Н. Коршун // Современные проблемы токсикологии. —2010. —№ 1. —С. 83–86.

6. Проданчук Н.Г. Системный принцип при установлении допустимой суточной дозы пестицидов для человека / Н.Г. Проданчук, Е.И. Спыну, Ю.Г. Чайка. —Гигиена и санитария. —2005. —№ 1. —С. 55–58.

7. Flufenacet herbicide treatment phenocopies the fiddle-head mutant in Arabidopsis thaliana / C. Lechelt-Kunze, R.C. Meissner, M. Drewes [et al.] // Pest Management Science. —2003. —V. 59. —Р. 847–856.

8. PPDB: Pesticide Properties Data Base [Електронний ресурс]. —Режим доступу: http://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/en/.

9. Flufenacet. Conditional Registration / US EPA Pesticide Fact Sheet. —1998. —31 р.

10. Review report for the active substance flufenacet. 7469/VI/98-Final / European Commission Health & Consumer Protection Directorate-General. 3 July 2003. —Р. 30.

11. Health Canada: Regulatory Decision Document: Flufenacet. —12 August 2003. — Cat. No. H113-6/2003-7E-PDF(RDD2003-07). —48 р.

12. Державні санітарні норми і правила. «Гігієнічна класифікація пестицидів за ступенем небезпечності» (ДСанПіН 8.8.1.002-98). Затв. Постановою головного державного санітарного лікаря України від 28.08.1998 № 2. —20 с.

13. Основні шляхи утворення активних форм кисню в нормі та при ішемічних патологіях. // Сучасні проблеми токсикології. —2004. —№ 2. —С. 8–11.

14. Антоненко А.М. Особливості токсикодинаміки та механізм дії на органи-мішені гербіцидів інгібіторів 4-гідроксифенілпіруватдіоксигенази / А.М. Антоненко, М.М. Коршун, В.Г. Бардов // Лікарська справа=Врачебное дело. —2016. —№ 3–4.—С. 118–1295.

15. Антоненко А.М. Особливості механізму дії інгібіторів сукцинатдегідрогенази на організм теплокровних тварин та людини / А.М. Антоненко, М.М. Коршун, Д.С. Мілохов // Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. —Київ, 2015. —№ 4 (72). —С. 23–29.

16. Mechanism of action of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase inhibitor herbicide on homoterm animals and humans / A.M. Antonenko, A.V. Blagaia, O.P Vavrinevych [et al.] // Journal of Pre-Clinical and Clinical Research. —2015. —V. 9. —№ 2. —Р. 148–153.

 

REFERENCES

1. Use of acetochlor and cancer incidence in the Agricultural Health Study / C.C. Lerro, S. Koutros, G. Andreott [et all] // International Journal of Cancer. —2015. —V. 137(5). —P. 1167–1175.

2. Characteristics and magnitude of acute pesticide-related illnesses and injuries associated with pyrethrin and pyrethroid exposures-11 states, 2000–2008 / N.L. Hudson, E.J. Kasner, J. Beckman [et al.] // A merican Journal of Industrial Medicine. —2014. —V. 57(1) —P. 15–30.

3. Perelik pestycydiv i ahrokhimikativ, dozvolenykh do vykorystannya v Ukraini (Oficijne vydannya) / uporyad. V.U. Yaschuk, V.M. Vaschenko, R.M. Kryvosheya [ta in.]. —Kyiv: Yunivest Media, 2016. —1023 s.

4. Metodicheskie ukazaniya po gigienicheskoj ocenke novykh pesticidov: MU № 4263-87. —[Utv. 13.03.87]. —K.: M-vo zdravookhraneniya SSSR, 1988. —210 s.

5. Trakhtenberg I.M. Esche raz o sootnoshenii kompleksnogo i sistemnogo v gigienicheskom normirovanii vrednykh veschestv (polemicheskie zametki) / I.M.Trakhtenberg, M.N. Korshun // Sovremennye problemy toksikologii. —2010. —№ 1. —S. 83–86.

6. Prodanchuk N.G. Sistemnyj princip pri ustanovlenii dopustimoj sutochnoj dozy pesticidov dlya cheloveka / N.G. Prodanchuk, E.I. Spynu Yu.G. Chajka. —Gigiena i sanitariya. —2005. —№ 1. —S. 55–58.

7. Flufenacet herbicide treatment phenocopies the fiddle-head mutant in Arabidopsis thaliana / C. Lechelt-Kunze , R.C. Meissner, M. Drewes [et al.] // Pest Management Science. —2003. —V. 59. —Р. 847–856.

8. PPDB: Pesticide Properties Data Base [Електронний ресурс]. —Режим доступу: http://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/en/.

9. Flufenacet. Conditional Registration / US EPA Pesticide Fact Sheet. —1998. —31 р.

10. Review report for the active substance flufenacet. 7469/VI/98-Final / European Commission Health & Consumer Protection Directorate-General. 3 July 2003. —Р. 30.

11. Health Canada: Regulatory Decision Document: Flufenacet. —12 August 2003. —Cat. No. H113-6/2003-7E-PDF(RDD2003-07). —48 р.

12. Derzhavni sanitarni normy i pravyla. «Hihiyenichna klasyfikaciya pestycydiv za stupenem nebezpechnosti» (DSanPiN 8.8.1.002-98). Zatv. Postanovoyu holovnoho derzhavnoho sanitarnoho likarya Ukrainy vid 28.08.1998 № 2. —20 s.

13. Osnovni shlyakhy utvorennya aktyvnykh form kysnyu v normi ta pry ishemichnykh patolohiyakh. // Suchasni problemy toksykolohii. —2004. —№ 2. —S. 8–11.

14. Antonenko A.M. Osoblyvosti toksykodynamiky ta mekhanizm dii na orhany-misheni herbicydiv inhibitoriv 4-hidroksyfenilpiruvatdioksyhenazy / A.M. Antonenko, M.M. Korshun, V.H. Bardov // Likars'ka sprava = Vrachebnoe delo. —2016. —№ 3–4. —S. 118–1295.

15. Antonenko A.M. Osoblyvosti mekhanizmu dii inhibitoriv sukcynatdehidrohenazy na orhanizm teplokrovnykh tvaryn ta lyudyny /A.M. Antonenko, M.M. Korshun, D.S. Milokhov // Suchasni problemy toksykolohii, kharchovoi ta khimichnoi bezpeky. —Kyiv, 2015. —№ 4 (72). —S. 23–29.

16. Mechanism of action of 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase inhibitor herbicide on homoterm animals and humans / A.M. Antonenko, A.V. Blagaia, O.P. Vavrinevych [et al.] // Journal of Pre-Clinical and Clinical Research. —2015. —V. 9. —№ 2. —Р. 148–153.

 

Надійшла до редакції 03.04.2017 р./Received on April 3, 2017