Formulovány Beta-Cyfluthrin Ukazuje velké Rozdíly v Toxicitě mezi Ptačí Druhy,

Abstrakt

To je obecně předpokládal, že toxicita pyrethroidy insekticidy pro ptáky je zanedbatelná, i když několik druhů, které byly testovány. Perorální Akutní toxicita formulovaného beta-cyfluthrinu byla stanovena pro kanárky (Serinus sp.), lesklých krav (Molothrus bonariensis) a ušatých holubic (Zenaida auriculata). Jednotlivé dávky byly podávány dospělým sondou. Přibližné letální dávky 50 () a jejich intervaly spolehlivosti byly stanoveny přibližnou konstrukcí d-optimal. Bylo zjištěno, že kanárky jsou podstatně citlivější na formulovaný beta-cyfluthrin (mg / kg)než ostatní dva testované druhy (mg/kg a mg / kg, resp.). Získané pro Kanárské ostrovy byly také podstatně nižší než typické hodnoty toxicity dostupné v literatuře pro pyrethroidy. Tato studie zdůrazňuje potřebu testování širší škály druhů s potenciálně toxickými insekticidy, pomocí moderních návrhů testů nahoru a dolů s minimálním počtem ptáků.

1. Úvod

rozšířené používání pesticidů přispívá k poklesu populace a úmrtnosti ptáků v agroekosystémech . Mezi různými kategoriemi pesticidů, insekticidy obvykle představují vyšší riziko akutních účinků kvůli jejich zvýšené inherentní toxicitě a vysokému potenciálu expozice. Zdokumentované případy masové úmrtnosti intoxikací a různé studie vykazující negativní účinky insekticidů na ptáky jsou jasným důkazem rizika, které insekticidy představují pro volně žijící druhy ptáků (např.). Jeden případ hromadného úhynu ptáků, který získal velkou pozornost v Argentině byl 1995-1996 úmrtnost Swainson ‚ s hawks způsobené monokrotofos, organofosforové insekticidy . Po této události byla registrace monokrotofosu v Argentině zrušena, zatímco pyrethroidní insekticidy získaly na důležitosti a popularitě.

mezi insekticidy jsou pyrethroidy třídou neurotoxických syntetických insekticidů široce používaných kvůli jejich relativní bezpečnosti pro savce a ptáky, vysoké insekticidní účinnosti při nízkých dávkách a rychlé biodegradaci . Axonové sodíkové kanály hmyzu jsou 100krát citlivější na estery pyrethroidů než savčí kanály . Z těchto důvodů, pyrethroidy postupně nahrazuje organochlorové, organofosfátové, a karbamátu insekticidy v oblasti. Několik studií o pyrethroidech bylo provedeno na obratlovcích (např.), většina na hlodavcích (např.). Neurotoxicita pyrethroidů u savců závisí na stereochemické konfiguraci a pyrethroidní struktuře . Naproti tomu je málo známo o toxicitě pyrethroidů pro ptáky, pravděpodobně proto, že tato třída insekticidů je obecně považována za zanedbatelnou toxicitu pro ptáky.

Beta-cyfluthrin (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) je aktivní složkou insekticidů slouží k ovládání nejrůznějších škůdců na bavlny, kukuřice, slunečnice a sóji plodin. Stejně jako jiné pyrethroidy, beta-cyfluthrin představuje stereoselektivní interakce s zlomek sodíkových kanálů v neuronálních membránách, což vede k prodloužení aktivního sodíku proudy vyvolané v neurony tím, že každý příchozí puls excitační stimulace . Beta-cyfluthrin je směs čtyř diastereoizomerů, s diastereoizomerů II a IV vládnoucí a určující chemické a fyzikální vlastnosti látky . Beta-cyfluthrin je pyrethroid typu II s charakteristickou kyanoskupinou na alfa uhlíku. Pyrethroidy typu II vykazují vyšší insekticidní účinnost a vyšší toxicitu než pyrethroidy typu I. Estery typu II udržují sodíkový kanál otevřený po delší dobu než estery typu I . Mezi hlavní příznaky intoxikace pyrethroidů typu II u savců patří choreoatetóza a slinění (CS).

hlášená LD50 beta-cyfluthrinu pro ptáky v příručce pesticidů je >2000 mg / kg u japonských křepelek. USEPA ve své databázi“ ECOTOX “ (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) dává stejnou hodnotu, ale je spojena se severní bobwhite. Dosud, nepublikované informace citované ve zprávě bez podrobností o vozidle nebo formulaci poskytly LD50 ca. 100 mg / kg pro beta-cyfluthrin v Kanárských ostrovech, jakož i obvyklejší hodnoty pro severní bobwhite a divokou kachnu >2000 mg / kg . Tato hodnota pro Kanárské ostrovy, pokud je skutečná, zpochybňuje obecnou moudrost, že pyrethroidy jsou pro ptáky netoxické. Tato studie měla za cíl nezávislé potvrzení LD50 beta-cyfluthrin na kanárské ostrovy a stanovení akutní orální toxicita komerčně formulované beta-cyfluthrin na dva nové a volně žijících druhů, lesklé cowbird (Molothrus bonariensis) a ušatý holubice (Zenaida auriculata).

2. Materiály a metody

2.1. Stránky a Všeobecné Podmínky Studia

studie byla provedena ve výzkumném zařízení INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) v Paraná Zemědělské Experimentální Stanice (31°50’53″S, 60°32’19″W). Studie byla provedena ve voliéře 20 × 10 m, včetně aklimatizační prostor s 6 skupin pera (každý 3 × 2 × 3 m) a 24 jednotlivé zkušební klece (každý 0.5 × 0.5 × 0.5 m). Byla zaznamenána fotoperioda a průměrná teplota zkušební místnosti během dávkování (tabulky 2 a 3). Větrání bylo řízeno tak, aby se udržely vnitřní podmínky teploty a vlhkosti ve venkovním prostředí.

2.2. Výběr, Zachytit, a Bydlení Ptáků

volně žijících ptáků, lesklé vlhovci, a ušatý holubice byly vybrány na základě jejich velkých čísel v okolních polí, který zajištěna jejich dostupnost, množství a zachytit úspěch. Lesklé cowbirds byly zachyceny s mlhou sítě a ušatý holubice s návnadou pastí. Byly použity kanárky chované v zajetí. Zdravých dospělých ptáků byly vážené a seskupeny podle pohlaví, než byl zvyklý, aby experimentálních podmínek po dobu nejméně 14 dnů. Do každého pera byly umístěny nejméně tři 1, 5 m bidla. Lesklé cowbirds byly krmeny hmyzožravec certifikované komerční jídlo, ušatý holubice byly nabízeny mix pšenice a slunečnicových semen, a kanárské ostrovy, obchodní osivo promíchejte a zem vejce. Balená voda pro lidskou spotřebu byla nabízena ad libitum všem druhům. Kvůli absenci představuje péče o zvířata výbor INTA nebo na místní univerzitě (Universidad Nacional del Litoral), která poskytla akademické dohledu tohoto výzkumu, pokyny Denver Wildlife Research Center amerického Ministerstva Zemědělství byly sledovány pro zachycování, dopravy, bydlení, péče, eutanazie, a pitva ptáků, kromě jiných postupů studie .

2.3. Chemické a Dávka

získat zkušební dávky (mg beta-cyfluthrin/kg tělesné hmotnosti), použili jsme komerční formulace (Bulldock Bayer CropScience), zavěšení 12,5 g.i./100 mL nehlášeného inertní přísady. Předpokládali jsme, že koncentrace na štítku byla správně hlášena a podávána ptákům potřebný objem formulovaného produktu odpovídající požadované dávce beta-cyfluthrinu. Je známo, že toxicita pyrethroidů může být značně ovlivněna dávkovacím vehikulem . Protože volně žijících ptáků jsou vystaveny formulované produkty, jsme se rozhodli vyzkoušet formulaci bez dalšího vozidla, kde je to možné, a s destilovanou vodou jako ředidlo pro několik dávek pro kanáry (viz ředění v poznámkách pod čarou Tabulka 3).

Dávky byly vypočteny podle standardní rovnice pro každou fázi orientační D-optimální návrh , v miligramech.jsem. na kilogram tělesné hmotnosti, jak je uvedeno v Tabulce 3. Dávkovací objemy byly vypočteny na základě individuální tělesné hmotnosti měřené do 12 hodin od podání dávky (Tabulka 1). K zabránění regurgitace, vyšší dávky objemy (>0.17 mL pro kanáry, >0.45 mL pro lesklé vlhovci, a >1.0 mL za ušima holubice) byly rozděleny a podávány až ve čtyři alikvoty odděleny 15 minut. Toto rozdělení podávání dávek došlo u všech druhů v limitu test, jeden kanárek v první fázi úplné zkoušky a všechny lesklé vlhovci a ušatý holubice ve všech fázích plný test (Tabulka 1). Objem dávky nikdy nepřekročil 16 mL / kg živé hmotnosti (tělesná hmotnost) u kanárků, 27 mL / kg živé hmotnosti u lesklých krav a 26 mL / kg živé hmotnosti u holubic ušatých. Formulovaná zkoušená chemická látka byla podána sondou. Katétr byl mazán vazelínou, aby se po zavedení snížil možný nepříjemný pocit. Osoby, které opakován část nebo celou dávku a kteří přežili dávky byly nahrazeny za jiné vzhledem ke skutečnosti, že regurgitace upraví dávku a zabraňuje správné sbližování právních LD50 . Čtyřicet šest procent z lesklé vlhovci, 33% ušatý holubice a 16% kanárské ostrovy vyvrhoval, navzdory tomu, že před podáním dávky.

2.4. Postup

byly provedeny zkoušky akutní orální toxicity podle návrhu obecných zásad 223 organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj . Tento postup minimalizuje počet použitých ptáků a má rozsáhlou statistickou validaci.

nejprve bylo pět jedinců každého druhu ošetřeno mezní dávkou 2000 mg / kg zkoušené chemické látky. Po jakékoli mortalitě při této limitní dávce byly LD50 odhadnuty v sekvenčních fázích s přibližným d-optimálním designem (úplný test; Obrázek 1). U Kanárských ostrovů byla provedena první fáze úplného testu pro potvrzení a zlepšení počátečního odhadu Kanárské LD50 (250 mg/kg, na základě výše uvedené hodnoty literatury a výsledku mezní zkoušky). Byl přidán další stupeň, aby se dosáhlo vyšší úrovně přesnosti.

()

(b)

(a)
(b)

Obrázek 1

Schéma metodiky.

ptáci byli náhodně přiřazeni ke každému testu a byli pozorováni po dobu 14 dnů po podání dávky. Byla zaznamenána úmrtnost, klinické příznaky, změna hmotnosti mezi začátkem a koncem studie, regurgitace, čas do smrti (v hodinách) a zotavení.

testovaná i kontrolní zvířata byla vyšetřena pitvou za účelem stanovení makroskopických rozdílů. Byla zkoumána velikost, poloha a vzhled všech orgánů a celý g. i. trakt. Také, jater a srdce byly zváženy a jejich relativní váhy vypočtené (1), s cílem odhalit případné patologie spojené s jakoukoli ztrátu nebo zvýšení hmotnosti těchto orgánů (hepatomegalie, nekróza, hypertrofie, atd.).

2.5. Statistická analýza

do kombinovaných dat ze všech fází jsme zařadili probitový model (STAT-SAS 6.1) získat odhady LD50, intervaly spolehlivosti důvěrnosti a svahy křivek odpovědi na dávku. Počáteční i konečná tělesná hmotnost a relativní hmotnost srdcí a jater byly porovnány jednosměrnou anovou pomocí SPSS v. 10 Pro Windows.

3. Výsledky

3.1. Limit Testů,

Počáteční LD50, odhady získané pro limitní testy byly 2247 mg/kg pro obě lesklé vlhovci a ušatý holubice, protože 40% osob zemřelo u obou druhů. Naproti tomu všechny ošetřené kanárky zemřely, a proto nebylo možné získat počáteční odhad LD50 s mezním testem (Tabulka 2).

3.2. Úplný Test

u kanárků byly hodnoty LD50 odhadované v každém sekvenčním stádiu 68 mg / kg, 110 mg / kg a 170 mg/kg. V další fázi (podobná třetí fázi se provádí za účelem snížení intervalů spolehlivosti LD50), dva ze čtyř osob, které obdržely nejvyšší dávky, vyvrhoval, a z tohoto důvodu nebyly zahrnuty do výsledků. Pro lesklé vlhovci a ušatý holubice, i když dávky podávány ve druhé fázi byly stejné, protože podobné výsledky v limitu test, úmrtnosti, bylo různé (Tabulka 3). LD50, odhady po druhé fázi byly 1589 mg/kg a 2338.6 mg/kg pro lesklé vlhovci a ušatý holubice, resp. Poslední LD50, odhady, získané montáž probit model kombinovaných dat ze všech fázích, pro každý druh byla 170 ± 41 mg/kg pro kanáry, 2234 ± 544 mg/kg pro lesklé vlhovci, a 2271 ± 433 mg/kg pro ušatý holubice. Křivky odpovědi na dávku jsou znázorněny na obrázku 2.

Obrázek 2

křivky odpovědi na dávku.

mezi Klinické příznaky patřil rozcuchané vzhled, slinění (o tom svědčí neustálé deglutition pohyby a třes hlavy), snížená aktivita, vyčerpání, lapal po dechu, ztížené dýchání, tělo třes, ztráta rovnováhy a/nebo křeče. Příznaky se objevily krátce po podání a trvaly několik minut až několik hodin. Byly dávky, které nevyvolávaly klinické příznaky, a jiné, které umožnily zotavení jedinců se známkami intoxikace, včetně křečí (tabulky 2 a 3). Všechny rekuperace byly během prvních 24 hodin po podání dávky. Dávky před dávkou a 14 dní po dávce jsou uvedeny v tabulce 4. Nebyly žádné významné rozdíly mezi tělesnou hmotností, kteří přežili dávkování před a 14 dní po dávce, s výjimkou kanárských ostrovů ve třetí fázi plného testu, kde 14-ti denní po dávce váhy byly vyšší, než predose závaží (). Maximální doba do smrti byla 1.75 hodin na kanáry, 3 hodiny v ušatý holubice, a 5 hodin v lesklé vlhovce. Pouze kanárci vykazovali tendenci ke kratší době do smrti se zvyšující se dávkou (obrázek 3).

()

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Obrázek 3

Čas smrti jako funkce dávky (pouze v dávkách, které způsobilo smrt jsou zobrazeny).

Všichni ptáci, kteří zemřeli prezentovány tuhost přední a zadní končetiny. Pozorovali jsme bílou hustou kapalinu v různých částech g. I. traktu, kterou lze přičíst insekticidové formulaci. Makroskopické rozdíly mezi orgány léčených a kontrolních jedinců nebyly zjištěny. Relativní hmotnost srdce a jater ( a ) se nezměnila (ve všech případech).

4. Diskuse

hodnota LD50 jsme získali v kanárské ostrovy se blíží hodnotě uvedené ve zprávě o beta-cyfluthrin Evropské Komise , potvrzuje to jako mírně toxické nebo třídy II pro tento druh. Hodnoty LD50 pro formulována beta-cyfluthrin získané v lesklé vlhovci (další vrabec druhů) a ušatý holubice, jsou blízké hodnotám pro bobwhite quail a Japonské křepelky , potvrzení beta-cyfluthrin být prakticky non-toxické nebo III. třídy pro tyto druhy. Před přiřazením těchto rozdílů citlivosti pouze fylogenezi je zapotřebí určité péče. Změny v postupech dávkování mohly vést k nežádoucím změnám v našich výsledcích. Ty jsou podrobně popsány níže.

různé citlivosti na beta-cyfluthrin mezi kanáry a jiné testovaných ptáků může být způsobeno rozdíly v charakteristikách lokalit toxického působení, střevní absorpce, metabolismus, a/nebo eliminace této látky. Například, nízká akutní toxicita cypermethrin, aby křepelky byly vysvětleny vysokou odolnost CNS z křepelky na smrtící účinky cypermethrin, větší rozsáhlý metabolismus, aby se velké množství produktů, a rychlému odstranění v exkrementech . Je možné, že podobné fyziologické mechanismy se vyskytují v lesklé vlhovci a ušatý holubice, vysvětluje jejich nízkou citlivost na beta-cyfluthrin. Kromě toho, jak významné rozdíly v citlivosti na stránkách toxického účinku a metabolických rozdílů a rozdílných hlavní detoxikační cesty a enzymatické aktivity mohou hrát významnou roli v diferenciální odpovědi na tyto insekticidy. Na druhé straně rozdíly ve velikosti těla mezi třemi druhy ptáků zahrnutými do této studie mohly ovlivnit výsledky. Na základě alometrického výzkumu provedeného Mineau et al. , malá velikost těla kanárka ve srovnání s ostatními dvěma druhy mohla přispět k vyšší citlivosti.

faktory související s experimentálním nastavením a našimi postupy mohly ovlivnit výsledky této studie. Vztah mezi teplotou a toxickými účinky pyrethroidů byl prokázán u několika skupin zvířat, včetně hmyzu, obojživelníků a savců . V naší studii byly zaznamenány změny okolních teplot v době každé fáze testování(Tabulka 3). Nicméně, i když změna byla mírně vyšší v případě lesklé vlhovci, to je nepravděpodobné, že by ovlivnily výsledky, protože jsme získali LD50 díky kombinaci dat z postupných fázích s různými teplotami. Kromě toho mohou různé objemy dávek a rozdělené dávky zvýšit variabilitu mezi pokusnými zvířaty . V naší práci byly kanárům podávány objemy výrazně nižší než u ostatních dvou druhů (Tabulka 1). Wolansky a kol. ukázaly, že zvýšení množství kukuřičný olej dodává s dávkou bifenthrin, další syntetické pyrethroidy, změnila průběh a účinnost pesticidů u potkanů (dvou-násobný rozdíl v účinnosti byl pozorován u 5-násobné zvýšení kukuřičný olej). Při testování vysoce lipofilních pesticidů je třeba se vyhnout použití oleje jako dávkovacího činidla. Doufáme, že jsme se tomuto problému vyhnuli dávkováním čisté formulace, pokud je to možné, a proto neměníme relativní koncentraci pesticidů v dávkovacím roztoku. Porovnání počtu alikvotů (Tabulka 1) s mortalitou v testech (Tabulka 3) naznačuje, že přesný režim dávkování pravděpodobně neovlivnil výsledky našich testů v žádném velkém rozsahu. Konečně, protože jsme testovali upraveného materiálu (s neznámou inertní plyny), spíše než aktivní složka, nemůžeme s konečnou platností zjistit, zda canary je více citlivé na léčivou látku nebo na jednu z formulačních přísad. Nicméně, podobnost s hodnotou citovanou pro a. i. Evropská Unie a relativní nedostatek toxicity formulačních přísad v dalších dvou druhů (s hodnotami LD50 podobné těm, získané v křepelky nebo divoké kachny s aktivní složka sama) naznačuje, že rozdíly v citlivosti na pyrethroidy a ne na inertní plyny zahrnuty do upraveného materiálu.

klinické příznaky pozorované v reakci na vysoké dávky u tří druhů ptáků jsou v souladu s příznaky popsanými listy a kol. u potkanů léčených beta-cyfluthrinem a u potkanů pozorovaných Qadri et al. , který testoval permethrin a cypermethrin u kuřat. Tyto příznaky spočívaly ve snížené aktivitě, třesu v celém těle, slinění, rozrušeném dýchání, zploštělém držení těla a choreoatetóze. Příznaky nervové intoxikace byly pozorovány krátce po podání a trvaly až několik hodin, což naznačuje, že odstranění pyrethroidů z nervového systému je rychlé . Přeživší ze všech druhů neprokázali ztrátu tělesné hmotnosti, alespoň do konce 14denního období pozorování (Tabulka 4). Kromě toho se tělesná hmotnost kanárků výrazně zvýšila během třetí fáze úplného testu. Singh et al pozorovali zvýšené tělesné hmotnosti po akutní léčbě beta-cyfluthrinem na Albino potkanech. Tito autoři předpokládají, že zvýšení tělesné hmotnosti může být způsobeno nadměrným příjmem potravy a vody a zvýšenou účinností přeměny potravin léčených skupin ve srovnání s kontrolovanými.

Všechna úmrtí došlo v rámci 24 hodin po dávce, pravděpodobně proto, že nejvyšší hladiny v krvi, jater, svalů a mozku je dosaženo první den léčby . Krát k smrti v lesklé vlhovci a ušatý holubice byly velmi podobné těm, získané s fenvalerát do Mumtaz a Menzer v Japonské křepelky (4 až 8 hodin). Rychlé zotavení je charakteristickým znakem otravy pyrethroidy u savců . U tří druhů ptáků se dokonce i jedinci, kterým byly podávány dávky blížící se LD50, rychle zotavili (Tabulka 3). Pascual a kol. hlásil vysokou frekvenci regurgitace u holubic, stejně jako my. Regurgitace nebyly u Kanárských ostrovů tak časté, což naznačuje rozdíly v jejich fyziologické schopnosti regurgitace. Od osob, které vyvrhoval byly nahrazeny za jiné, výsledky nebyly ovlivněny regurgitace v této studii.

akutní a subakutní studie ukázaly, že pyrethroidy ve vysokých dávkách způsobují hypertrofii jater, a pokud nedojde k úmrtí, ukázalo se, že tyto změny jsou reverzibilní . Nicméně a stejně jako v Yavasoglu et al. , který pracoval s cypermethrinem u potkanů, relativní hmotnost jater () – jako nepřímé měřítko změn zdraví nebo funkce jater-neprokázala žádný účinek dávky. I když existují studie in vitro týkající se účinků na pyrethroidy srdečního svalu potkanů a morčat , účinky spojené se ztrátou nebo zvýšení srdeční hmoty nebyly zjištěny.

Na závěr, i když tam byly faktory, které případně prohloubily rozdíly v citlivosti v rámci nebo mezi druhy (např. různé objemy dávek, více dávkovací schéma, proměnná teplota okolí, velikosti těla, atd.) byla potvrzena vysoká citlivost kanárek na beta-cyfluthrin. Na druhé straně bylo zjištěno, že formulovaný beta-cyfluthrin je prakticky netoxický pro lesklé kravské ptáky a ušaté holubice. Tyto výsledky zdůrazňují potřebu testovat širší škálu druhů před zobecněním toxicity pyrethroidů (a případně dalších pesticidů) pro ptáky. V případě beta-cyfluthrin konkrétně, i když nízké aplikační dávky se obvykle používá v oblasti (7.5–20 g.i./ha podle Tomlin ), je nutné zvážit potenciální rozdíly v toxicitě pesticidů aby bylo možné plně vyhodnotit jeho bezpečnost pro ptáky. V tomto případě by přístup k citlivosti na druhy naznačoval, že jiné druhy ptáků, zejména malé druhy, budou vykazovat vyšší citlivost na pyrethroidy. Budoucí výzkum je potřeba vysvětlit, proč se kanárské ostrovy jsou více citlivé na beta-cyfluthrin, aby se zjistilo, zda kanárské ostrovy jsou tak citlivější na jiné pyrethroidy, a co je důležitější, zda druhy volně žijících živočichů související fylogeneticky na kanárské ostrovy také představují vysokou citlivostí na pyrethroidy.

Poděkování

autoři děkuji Prostředí Kanady a Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), který financuje a podporuje tento papír. Také děkuji Dr. Brian Collins pro jeho základní statistické spolupráci; Dr. Julie Brodeur pro ni recenzi, INTA zaměstnanců, a Natalia Bossel, kteří spolupracovali na zachytí a poskytování materiálů; Juan Carlos Reboreda, za jeho cenný příspěvek na lesklé cowbird chovu; oba ředitelé EHP-Paraná jako Entre Ríos Regionálních Center, kteří podpořili tuto práci v Experimentální Stanici Paraná; nakonec dva anonymní rozhodčí, kteří poskytli užitečné komentáře k dřívějším návrhům.