Токсичность пестицидов и факторы, её определяющие

2.1 Понятие токсичности, виды доз Под токсичностью пестицидов понимают способность их в небольших количествах вызывать патологические изменения в живых организмах. Организмы, используемые для определения токсичности, называют биотестами (мыши, крысы). Количественной мерой токсичности пестицида служит токсическая доза – это масса вещества, вызывающая в организме определенный эффект. Обозначают ее символом СД (смертельная доза), ЛД (летальная доза) или ЭД (эффективная доза) с указанием эффекта действия в процентах. Показатели СД и ЛД используют, если эффект действия пестицида учитывают по числу погибших биотестов, а ЭД – если по степени нарушения отдельных процессов жизнедеятельности (накопление массы, торможение роста или скорости отдельных реакций в организме). Выражают токсичность в мг массы пестицида на 1 кг живой массы опытного объекта. Например, СД50 ТМТД для крыс составляет 865 мг на 1 кг живой массы. Различают следующие виды доз: 1) подпороговая доза – наибольшее количество вещества, не вызывающее изменения в организме; 2) пороговая доза – наименьшее количество вещества, вызывающее в организме изменения, выявляемые наиболее чувствительными биохимическими и физиологическими тестами при отсутствии внешних признаков отравления животного; 3) сублетальная доза – доза пестицида, вызывающая значительные нарушения жизнедеятельности организма, но не приводящая к его гибели; 4) летальная (смертельная) доза – доза пестицида, вызывающая гибель подопытного объекта; 5) среднетоксическая (среднесмертельная) доза – доза, вызывающая гибель половины особей подопытной группы (СД50). Пестициды могут поступать в организм теплокровных животных с пищей, водой, воздухом и через кожные покровы. Различают острое, подострое и хроническое отравления. Острое отравление происходит при разовом поступлении в организм относительно большого количества вещества и сопровождается интенсивным развитием заболевания. Подострое отравление возникает при поступлении меньшего количества и протекает менее активно, процесс заболевания затягивается. Хроническое отравление проявляется в результате длительного контакта с пестицидами при поступлении их в малых количествах в течение всего этого времени. 12 2.2 Гигиеническая классификация пестицидов Длительное время оценка опасности использования пестицидов проводилась по санитарно-гигиенической классификации, разработанной в 1968 г. под руководством академика Л.И. Медведя. В 1996 г. Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического надзора РФ были утверждены Методические рекомендации по оценке степени опасности пестицидов (гигиеническая классификация). В 2001 г. Федеральным научным центром гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана в развитие указанной классификации были утверждены Методические рекомендации №2001/26 «Гигиеническая классификация пестицидов по степени опасности», в которые введен ряд новых показателей Гигиеническая классификация пестицидов по степени опасности Показатель Класс опасности 1. Чрезвычайно опасные 2. Опасные 3. Умеренно опасные 4. Малоопасные СД50 при введении в желудок, мг/кг менее 50 51-200 201-1000 более 1000 СД50 при нанесении на кожу, мг/кг менее 100 101-500 501-2000 более 2000 СК50 в воздухе, мг/м3 менее 500 501-2000 2001-20000 более 20000 Коэффициент кумуляции (Kкум) менее 1 1-3 3-5 более 5 Стойкость в почве (T90) более 1 года 6-12 мес. 1-6 мес. менее 1 мес. СД50 при введении в желудок характеризует пероральную токсичность пестицида; СД50 при нанесении на кожу – кожно-резорбтивную. Кожнорезорбтивная токсичность, кроме того, характеризуется кожно-оральным коэффициентом (Kк/о), под которым понимают отношение СД50, установленной при нанесении вещества на кожу, к СД50 при введении его в желудок: СД орально СД на кожу Kк о 50 50 / =. Если Kк/о3 – слабо выраженную. Под кумуляцией понимают накопление химических веществ в организме в результате неполных детоксикации и вывода из организма. Различают кумуляцию материальную (накапливается само вещество) и функциональную (накапливается эффект действия). Материальная кумуляция характерна для стойких пестицидов (например, ТМТД). Функциональная кумуляция характерна для нестойких пестицидов (ФОС, синтетические пиретроиды). Показателем величины кумуляции служит коэффициент кумуляции (Kкум), определяемый отношением суммарной средней летальной дозы вещества при многократном введении к среднелетальной дозе разового применения: СД острый опыт СД хронический опыт Kкум 5 0 5 0 =. 13 Классификацию по ингаляционной токсичности (летучести) проводят с учетом насыщенной концентрации паров. Выделяют следующие группы: 1) очень опасное вещество (насыщенная концентрация больше или равна токсической); 2) опасное вещество (насыщенная концентрация больше пороговой); 3) малоопасное вещество (насыщенная концентрация меньше пороговой). Кроме перечисленных выше основных критериев, изучают и другие патологические эффекты действия пестицидов: 1) тератогенность – появление уродливого потомства; 2) репродуктивная токсичность – влияние на репродуктивную функцию человека; 3) эмбриотоксичность – нарушение развития эмбриона; 4) мутагенность – появление мутаций; 5) канцерогенность – появление злокачественных (раковых) опухолей; 6) аллергенность – повышение чувствительности организма к воздействию химических веществ. Класс опасности пестицида определяют на основе полной токсикологической оценки с учетом лимитирующего показателя. Класс опасности учитывают при выборе препарата, установлении длительности рабочей смены, выборе средств индивидуальной защиты. Пестициды 1 класса не рекомендуются для применения в сельском хозяйстве, их использование возможно только специалистами в исключительных случаях, их розничная продажа запрещена. Пестициды 2 класса в случае необходимости применяются только специалистами по ЗР или под их контролем лицами, имеющими специальную профессиональную подготовку, розничная продажа разрешена только лицам с профессиональной подготовкой. Пестициды 3 и 4 классов используются в соответствии с установленными регламентами. При этом запрещена продажа пестицидов 3 класса опасности в неспециализированных торговых точках. Под регламентами понимают особый порядок применения пестицидов – свод правил, научно обоснованных рекомендаций и ограничений, строго обязательных для исполнения. Они разработаны научно-исследовательскими институтами и разрешены Госхимкомиссией на определѐнный срок, согласованы с Министерством здравоохранения. Регламенты применения пестицидов публикуются в Списках на каждый год, где указывается ассортимент препаратов, обрабатываемые культуры и вредные объекты, нормы расхода, сроки и способы обработки, кратность обработок, период ожидания (ПО – срок последней обработки перед уборкой урожая), ограничения на использование полученной продукции, сроки выхода на обработанные участки для ручных и механизированных работ. Чтобы не допустить отравления людей пестицидами, Минздравом разработаны гигиенические нормативы их использования: 1) МДУ – максимально допустимый уровень остаточных количеств пестицида в растениеводческой продукции, выражается в мг/кг продукции; 14 2) ПДК – предельно допустимая концентрация в воздухе, воде, почве. Различают: - ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия в атмосферном воздухе (мг/м3); - ОДУ – ориентировочно допустимый уровень в воде водоемов (мг/л); - ОДК – ориентировочно допустимая концентрация в почве (мг/кг); 3) ДСД – допустимая суточная доза поступления пестицида в организм (мг/кг массы тела человека); ВДСД – временная допустимая суточная доза. Работы, связанные с использованием пестицидов, предусматривают особо строгое соблюдение правил безопасности в связи с токсичностью и потенциальной опасностью этих средств для людей и окружающей среды. Условия обращения с пестицидами устанавливают следующие официальные документы: Санитарные правила, Инструкция по технике безопасности, Список пестицидов и агрохимикатов, разрешѐнных к применению на территории РФ в текущем году.

Инструкция по технике безопасности должна включать следующие разделы:

1. Общие требования безопасности. 2. Правила транспортировки и хранения. 3. Порядок применения пестицидов, в том числе: при опрыскивании, фумигации, протравливании и т.п. 4. Защита от отравлений, в том числе: средства индивидуальной защиты, знаки безопасности, обеззараживание спецодежды, тары, меры первой помощи.

Токсичность пестицидов для вредных организмов, факторы токсичности Токсичность пестицидов зависит от ряда факторов, без учета которых невозможна правильная оценка и применение препаратов. Эти факторы можно разделить на три группы: 1) влияющие на продолжительность контакта пестицида с вредным организмом (экспозиция); 2) влияющие на поступление пестицида в организм; 17 3) связанные с поведением токсического вещества в организме и взаимодействием с рецептором (КМД – конечное место действия). На экспозицию и характер взаимодействия вещества с организмом влияют его физико-химические свойства, доза, биологические особенности организма, а также факторы внешней среды. Состав и структура химического вещества определяют биологическую активность и токсичность. Иногда очень близкие по строению вещества и даже пространственные изомеры проявляют различную биологическую активность. Так введение в молекулу т.н. токсофорных групп (галоиды, тяжелые металлы, циано- и нитрогруппы) сопровождается увеличением токсичности соединений. В группе ФОС производных тиофосфорной кислоты тиоловые изомеры всегда более токсичны, чем тионовые. Эфиры органических кислот при нанесении на листья растений более токсичны, чем соли. С другой стороны, химическим строением определяются физические свойства вещества (такие как летучесть, термическая стойкость, фотостабильность, прилипаемость, смачивающая способность), от которых во многом зависит длительность экспозиции. Кроме того, неприятный вкус и резкий отталкивающий запах некоторых пестицидов препятствуют хорошему поеданию отравленной пищи или длительному контакту с обработанной поверхностью, поэтому вредитель не получает яд в смертельной дозе. В связи с этим в пестициды могут добавляться привлекающие вещества – аттрактанты. Доза пестицида, взаимодействующая с организмом. Следует различать понятия «доза» и «норма расхода» пестицида. Доза пестицида, взаимодействующая с организмом и вызывающая токсический эффект, в сотни, а иногда и в тысячи раз меньше нормы расхода препарата, применяемой на практике, потому что на пути передвижения пестицида от места контакта с организмом до КМД (орган, ткань, мембрана, фермент или его участок) существуют различные барьеры: 1) защитные реакции организма, помогающие предотвратить контакт с пестицидом: - у грызунов – отказ от отравленной приманки или рвотный акт, при котором пестицид выводится из организма; - у насекомых – отбрасывание конечностей, на которые попал пестицид; - у голых слизней – выделение слизи, фиксирующей препарат и затвердевающей в виде чехла, из-под которого слизни выползают; - при фумигации насекомые могут закрывать дыхальца и дышать в это время за счет кислорода разветвленной трахейной системы; 2) покровные ткани (воска, липиды), которые плохо проницаемы для водных растворов и хорошо – для масляных и водных эмульсий. Растворенный в липидах пестицид может диффундировать в горизонтальном направлении, при этом испаряться, разрушаться или оставаться в неактивном состоянии (депонироваться); 3) клеточная оболочка, которая может вступать в химические взаимодействия с пестицидом; 18 4) поверхностная клеточная мембрана, которая обеспечивает избирательное поглощение веществ клеткой. В связи с этим наблюдается отложение пестицида в отдельные ткани, что ограничивает его перемещение к КМД (депонирование); 5) внутриклеточные мембраны, которые окружают органеллы; 6) цитоплазма, где пестицид подвергается биотрансформации, в результате которой могут происходить: - детоксикация – разрушение д.в. и выведение метаболитов из организма; - активация – превращение д.в. в его производное, еще более токсичное; - конъюгация, иммобилизация – образование неактивного комплекса д.в. с белком или другими продуктами обмена веществ, в результате чего действие пестицида замедляется или совсем прекращается; 7) сродство к КМД. Наконец, незначительная часть пестицида доходит до КМД, где молекула яда должна подходить своими функциональными группами к рецептору, как ключ к замку. Тогда происходит взаимодействие, фермент блокируется, перестает быть активен и процесс метаболизма нарушается. Накапливаются промежуточные продукты обмена и организм погибает. Однако инактивация ферментов может быть обратимой и необратимой. Вещества, которые имеют большее сродство к д.в. пестицида, чем фермент, способны отщеплять д.в. от образовавшегося комплекса, и тогда активность фермента восстанавливается. Такие вещества называют антидотами или противоядиями. Например, у фосфорорганических соединений (ФОС) есть два типа антидотов: 1) вещества, имеющие большее сродство к ФОС, чем ацетилхолинэстераза, которую ФОС блокирует; 2) вещества, блокирующие работу холинорецепторов и тем самым нивелирующие токсическое воздействие ФОС. К первому типу относится дипироксим, ко второму – атропин. При сильных отравлениях фосфорорганическими веществами следует использовать оба типа антидотов. Синергисты – это вещества, усиливающие токсичность пестицидов, будучи сами неактивными. Их используют для борьбы с популяциями вредителей, устойчивых к тем или иным пестицидам. Абиотические факторы среды (температура, осадки, солнечная радиация, состав атмосферы, свойства почвы и др.) оказывают влияние, как на физиологическое состояние организма, так и на продолжительность действия самого пестицида. Вещества, активность которых возрастает с повышением температуры, называют веществами с положительным температурным коэффициентом. Вещества, активность которых возрастает с понижением температуры, называют веществами с отрицательным температурным коэффициентом. Большинство современных препаратов относятся к первой группе.

Определение целесообразности применения пестицидов Для рациональной организации работ по защите растений хозяйству целесообразно иметь перспективный и текущий (годовой) планы по защите растений. Первый составляется на основе многолетнего и долгосрочного (годичного) прогнозов появления и распространения вредителей и болезней, а также по многолетним наблюдениям за видовым составом вредных организмов, включая сорные растения. Годовой план по защите растений имеет форму конкретной сезонной программы. В нем учитываются перечень и площадь сельскохозяйственных культур, история фитосанитарной обстановки на культурах в предшествующие годы, и он основывается на годичном прогнозе распространения вредных организмов, который обычно разрабатывается специалистами районной станции защиты растений. Годовой план по защите растений дифференцируют по культурам с учетом фаз их развития. В нем отражают тип мероприятия по защите растений, виды вредных организмов, планируемые календарные и фенологические сроки проведения мероприятий, примерные объемы работ, перечень необходимых пестицидов и их количество, сельскохозяйственную технику для защиты растений, намечается число работников, осуществляющих конкретные операции. Годовой план по защите растений должен корректироваться исходя из складывающейся в сезоне фитосанитарной обстановки. Особенно это касается вредителей, плотность популяций которых должна определяться на каждом конкретном поле и сравниваться с экономическими порогами вредоносности – ЭПВ. Под ЭПВ понимают численность популяции вредного вида или степень повреждения растений, при которых потери достигают хозяйственно 24 ощутимого уровня. Как правило, за ЭПВ принимают потери урожая не менее 3- 5%, при этом применение пестицидов должно повышать рентабельность производства культуры, т.е. быть экономически оправдано. При выполнении мероприятий по защите растений целесообразно рассчитывать эффективность применения пестицидов. Различают: 1) биологическую эффективность, определяемую через смертность вредных организмов, снижение поврежденности или пораженности растений (%); 2) хозяйственную эффективность, оцениваемую в виде прибавки урожая вследствие использования пестицидов (ц/га); 3) экономическую эффективность, рассчитываемую по сопоставлению затрат на проведение мероприятий по защите растений со стоимостью произведенного урожая (руб/га).