formuleret Beta-Cyfluthrin viser bred divergens i toksicitet blandt fuglearter

abstrakt

det antages generelt, at toksiciteten af pyrethroidinsekticider til fugle er ubetydelig, selvom få arter er blevet testet. Den orale akutte toksicitet af formuleret beta-cyfluthrin blev bestemt for kanariefugle (Serinus sp.), skinnende kofugle (Molothrus bonariensis) og øreduer (Senaida auriculata). Enkeltdoser blev administreret til voksne ved sonde. Omtrentlige dødelige doser 50 () og deres konfidensintervaller blev bestemt ved omtrentlig d-optimal design. Kanariefugle viste sig at være væsentligt mere følsomme over for formuleret beta-cyfluthrin ( mg/kg) end de to andre testede arter ( mg/kg og mg/kg, resp.). Det opnåede for kanariefugle var også betydeligt lavere end typiske toksicitetsværdier, der var tilgængelige i litteraturen for pyrethroider. Denne undersøgelse understreger behovet for at teste en bredere vifte af arter med potentielt giftige insekticider ved hjælp af moderne op og ned testdesign med minimalt antal fugle.

1. Introduktion

den udbredte anvendelse af pesticider bidrager til befolkningsnedgang og dødelighed hos fugle i agroøkosystemer . Blandt de forskellige kategorier af pesticider udgør insekticider typisk en højere risiko for akutte virkninger på grund af deres forhøjede iboende toksiciteter og høje eksponeringspotentiale. Dokumenterede tilfælde af massedødelighed ved forgiftning og de forskellige undersøgelser, der rapporterer negative virkninger af insekticider på fugle, er klare tegn på risikoen ved insekticider på vilde fuglearter (f.eks.). Et tilfælde af massedødelighed hos fugle, der fik stor opmærksomhed i Argentina, var dødeligheden 1995-1996 af Svains høge forårsaget af monocrotophos, et organophosphorinsekticid . Efter denne begivenhed blev monocrotophos-registrering annulleret i Argentina, mens pyrethroid insekticider fik betydning og popularitet.

blandt insekticider er pyrethroider en klasse af neurotoksiske syntetiske insekticider, der i vid udstrækning anvendes på grund af deres relative sikkerhed for pattedyr og fugle, høj insekticid styrke ved lave doser og hurtig bionedbrydning . Insektaksonnatriumkanaler er 100 gange mere følsomme over for pyrethroidestere end pattedyrskanaler . Af disse grunde har pyrethroider gradvist erstattet organochlor -, organophosphat-og carbamatinsekticider i marken. Flere undersøgelser om pyrethroider er blevet udført på hvirveldyr (f.eks.), størstedelen på gnavere (f. eks.). Neurotoksiciteten af pyrethroider til pattedyr afhænger af den stereokemiske konfiguration og pyrethroidstrukturen . I modsætning hertil er der kun lidt kendt om toksiciteten af pyrethroider til fugle, sandsynligvis fordi denne klasse af insekticider generelt anses for at have ubetydelig toksicitet for fugle.

Beta-cyfluthrin (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) er den aktive ingrediens i insekticidformuleringer, der bruges til at kontrollere en lang række skadedyr på bomuld, majs, solsikke og sojabønneafgrøder. Ligesom andre pyrethroider præsenterer beta-cyfluthrin stereoselektiv interaktion med en brøkdel af natriumkanalerne i neuronmembranerne, hvilket resulterer i en forlængelse af de indadgående natriumstrømme fremkaldt i neuroner ved hver indkommende puls af stimulerende stimulering . Beta-cyfluthrin er en blanding af fire diastereomerer, hvor diastereomerer II og IV dominerer og bestemmer stoffets kemiske og fysiske egenskaber . Beta-cyfluthrin er en type II pyrethroid, med en karakteristisk cyano gruppe på alfa carbon. Type II pyrethroider har større insekticid effektivitet og højere toksicitet end type i pyrethroider. Type II-estere holder natriumkanalen åben i en længere periode end type i-estere . De vigtigste tegn på forgiftning af type II pyrethroider hos pattedyr omfatter choreoathetose og salivation (CS) .

den rapporterede LD50 af beta-cyfluthrin til fugle i Pesticidmanualen er > 2000 mg/kg i den japanske vagtel. USEPA i sin” ØKOTOKS ” – database (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) giver den samme værdi, men er forbundet med den nordlige bobhvid. Endnu, upublicerede oplysninger citeret i en rapport uden detaljer om køretøj eller formulering gav en LD50 af ca. 100 mg/kg for beta-cyfluthrin på kanariefugle samt de mere sædvanlige værdier for den nordlige bobhvid og Gråand på >2000 mg/kg . Denne værdi for kanariefugle, hvis den er reel, rejser tvivl om den generelle visdom om, at pyrethroider ikke er giftige for fugle. Denne undersøgelse havde til objektiv uafhængig bekræftelse af LD50 af beta-cyfluthrin til kanariefugle og bestemmelse af den akutte orale toksicitet af kommercielt formuleret beta-cyfluthrin til to nye og vilde arter, den skinnende kofugl (Molothrus bonariensis) og eared dove (Tsenaida auriculata).

2. Materialer og metoder

2.1. Site og generelle betingelser for undersøgelse

undersøgelsen blev udført i FORSKNINGSFACILITETERNE i INTA (Instituto Nacional de Tecnolog Prista Agropecuaria) på Paranorus Landbrugseksperimental Station (31 prit 50’53″S, 60 prit 32’19″V). Undersøgelsen blev udført i en voliere på 20 liter 10 m, inklusive et akklimatiseringsområde med 6 grupper af penne (hver 3 liter 2 liter 3 m) og 24 individuelle testbure (hver 0,5 liter 0,5 liter 0,5 m). Fotoperioden og den gennemsnitlige temperatur i testrummet under doseringen blev registreret (tabel 2 og 3). Ventilationen blev kontrolleret for at opretholde de indendørs forhold for temperatur og fugtighed inden for udendørs miljøområder.

2.2. Udvælgelse, fangst og Husning af fugle

de vilde fugle, skinnende kofugle og øreduer blev valgt ud fra deres store antal i de omkringliggende marker, hvilket forsikrede deres tilgængelighed, overflod og fangstsucces. Skinnende kofugle blev fanget med tågenet og eared duer med agnfælder. Captive opdrættede kanariefugle blev brugt. Sunde voksne fugle blev vægtet og grupperet efter køn, før de blev akklimatiseret til eksperimentelle forhold i mindst 14 dage. Mindst tre 1,5 m-siddepinde blev anbragt i hver pen. Skinnende kofugle blev fodret insectivore certificeret kommerciel mad, eared duer blev tilbudt en blanding af hvede og solsikkefrø, og kanariefugle, en kommerciel frøblanding og malet æg. Flaskevand til konsum blev tilbudt ad libitum til alle arter. På grund af fraværet af et sammensat dyreplejeudvalg ved INTA eller på det lokale universitet (Universidad Nacional del Litoral), der gav akademisk tilsyn med denne forskning, blev retningslinjer fra Denver Dyrelivsforskningscenter fra det amerikanske landbrugsministerium fulgt for fangst, transport, bolig, pleje, eutanasi og nekropsi af fuglene ud over andre procedurer i undersøgelsen .

2.3. Kemisk og dosis

for at opnå testdoserne (mg beta-cyfluthrin/kg kropsvægt) brugte vi en kommerciel formulering (Bulldock of Bayer CropScience), en suspension på 12,5 g a.i./100 mL urapporterede inerte ingredienser. Vi antog, at etiketkoncentrationen var korrekt rapporteret og administreret til fugle det nødvendige volumen af formuleret produkt svarende til den krævede dosis beta-cyfluthrin. Det er kendt, at pyrethroid toksicitet kan være stærkt påvirket af doseringskøretøjet . Da vilde fugle udsættes for formulerede produkter, valgte vi at teste formuleringen uden et ekstra køretøj, hvor det var muligt, og med destilleret vand som fortyndingsmiddel i flere doser til kanariefugle (se fortyndinger i fodnoterne i tabel 3).

doser blev beregnet i henhold til standardligninger for hvert trin i det omtrentlige d-optimale design i milligram a.i. pr.kg kropsvægt , som vist i tabel 3. Doseringsvolumenerne blev beregnet ud fra individuelle legemsvægte målt inden for 12 timer efter dosering (tabel 1). For at forhindre regurgitation blev de højere dosisvolumener (>0,17 mL for kanariefugle, >0,45 mL for skinnende kofugle og >1,0 mL for øreduer) opdelt og administreret i op til fire alikvoter adskilt med 15 minutter. Denne opdelte administration af doser fandt sted for alle arter i grænsetesten, en kanariefugl i første fase af den fulde test og alle skinnende kofugle og øreduer i alle faser af den fulde test (tabel 1). Dosisvolumener oversteg aldrig 16 mL/kg kropsvægt (kropsvægt) hos kanariefugle, 27 mL/kg kropsvægt hos skinnende kofugle og 26 mL / kg kropsvægt hos øreduer. Det formulerede testkemikalie blev givet ved sonde. Kateteret blev smurt med vaselin for at mindske det mulige ubehag, når det blev introduceret. Personer, der genoplivede en del af eller hele en dosis, og som overlevede dosis, blev erstattet af andre på grund af det faktum, at regurgitation ændrer dosis og forhindrer den korrekte tilnærmelse af LD50 . Seksogfyrre procent af skinnende kofugle, 33% af eared duer og 16% af de Kanariske Øer regurgitated, på trods af at de blev fastet før dosis.

2.4. Procedure

test af akut oral toksicitet blev udført efter udkast til retningslinje 223 fra Organisationen for Økonomisk Samarbejde og udvikling . Denne procedure minimerer antallet af anvendte fugle og har omfattende statistisk Validering.

først blev fem individer af hver art behandlet med en grænsedosis på 2000 mg/kg testkemikalie. Efter enhver dødelighed ved denne grænsedosis blev LD50 estimeret i sekventielle trin med det omtrentlige d-optimale design (fuld test; Figur 1). På kanariefugle blev den første fase af den fulde test udført for at bekræfte og forbedre det oprindelige skøn over kanariefuglen LD50 (250 mg/kg, baseret på den førnævnte litteraturværdi og resultatet af en grænsetest). Et yderligere trin blev tilføjet for at opnå et større præcisionsniveau.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

Diagram over anvendt metode.

fugle blev tilfældigt tildelt hver test og blev observeret i 14 dage efter dosis. Dødelighed, kliniske symptomer, vægtændring mellem begyndelsen og slutningen af undersøgelsen, regurgitations, tid til døden (i timer) og genopretning blev registreret.

både test-og kontroldyr blev undersøgt ved obduktion for at bestemme makroskopiske forskelle. Størrelsen, placeringen og udseendet af alle organer og den fulde g.i. – kanal blev undersøgt. Lever og hjerter blev også vejet, og deres relative vægt blev beregnet (1) for at detektere enhver patologi forbundet med tab eller stigning i massen af disse organer (hepatomegali, nekrose, hypertrofi osv.).

2.5. Statistisk analyse

vi tilpasser en probit-model til de kombinerede data fra alle faser (STAT-SAS 6.1) For at opnå LD50 estimater, konfidensintervaller fortrolighed og skråninger af dosis-respons kurver. Både den indledende og den endelige kropsvægt og den relative vægt af hjerter og lever blev sammenlignet med envejs ANOVA ved hjælp af SPSS v. 10 til vinduer.

3. Resultater

3.1. Grænseforsøg

indledende LD50-estimater opnået for grænseforsøgene var 2247 mg/kg for både skinnende kofugle og eared duer, fordi 40% af individerne døde i begge arter. I modsætning hertil døde alle behandlede kanariefugle, og det var derfor umuligt at opnå et indledende skøn over LD50 med grænsetesten (tabel 2).

3.2. Fuld Test

med kanariefugle var LD50-værdierne estimeret ved hvert sekventielt trin henholdsvis 68 mg/kg, 110 mg/kg og 170 mg/kg. Under den ekstra fase (svarende til den tredje fase, udført for at reducere LD50 ‘ s konfidensintervaller) blev to af fire personer, der fik den højeste dosis, genoplivet, og derfor blev de ikke medtaget i resultaterne. For skinnende kofugle og øreduer var dødeligheden forskellig, selv om de doser, der blev indgivet i anden fase, var de samme på grund af lignende resultater i grænsetesten (tabel 3). LD50-estimaterne efter anden fase var henholdsvis 1589 mg/kg og 2338,6 mg/kg for skinnende kofugle og øreduer. De endelige LD50-estimater, der blev opnået ved at tilpasse en probit-model til de kombinerede data for alle faser for hver art, var 170 liter 41 mg/kg for kanariefugle, 2234 liter 544 mg/kg for skinnende kofugle og 2271 liter 433 mg/kg for eared duer. Dosis-responskurverne er vist i figur 2.

figur 2

dosis-respons kurver.

kliniske tegn omfattede ruffled udseende, salivation (påvist ved konstant deglutitionsbevægelser og hovedrystning), nedsat aktivitet, udmattelse, panting, anstrengt vejrtrækning, kropstrem, balancetab og/eller kramper. Tegn optrådte kort efter dosering og varede fra et par minutter til et par timer. Der var doser, der ikke frembragte kliniske tegn, og andre, der tillod genopretning af personer med tegn på forgiftning, herunder kramper (tabel 2 og 3). Alle rekuperationer var inden for de første 24 timer efter doseringen. Predosis og 14-dages vægt efter dosering er angivet i tabel 4. Der var ingen signifikante forskelle mellem de overlevendes legemsvægt før dosering og 14 dage efter dosis, bortset fra kanariefugle i tredje fase af den fulde test, hvor 14-dages postdosisvægt var højere end foruddosisvægt (). Maksimal tid til døden var 1.75 timer på kanariefugle, 3 timer i eared duer og 5 timer i skinnende kofugle. Kun kanariefugle viste en tendens til en kortere tid til døden med stigende dosis (figur 3).

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

figur 3

dødstidspunkt som en funktion af dosis (kun de doser, der forårsagede døden, vises).

alle fugle, der døde, præsenterede stivhed i for-og rygled. Vi observerede en hvid tyk væske i forskellige sektioner af g.i. – kanalen, der kan henføres til insekticidformuleringen. Makroskopiske forskelle mellem organer af behandlede og kontrolpersoner blev ikke påvist. Den Relative vægt af hjerte og lever ( og ) varierede heller ikke ( i alle tilfælde).

4. Diskussion

LD50-værdien , vi opnåede på kanariefugle, tilnærmer den værdi, der er præsenteret i rapporten om beta-cyfluthrin fra Europa-Kommissionen, hvilket bekræfter den som moderat giftig eller klasse II for denne art. LD50-værdier for formuleret beta-cyfluthrin opnået i skinnende kofugle (en anden passerine-art) og øreduer er tæt på de rapporterede værdier for bobhvid vagtel og japansk vagtel, hvilket bekræfter , at beta-cyfluthrin er praktisk talt ikke-toksisk eller klasse III for disse arter. Der er behov for en vis omhu, før disse følsomhedsforskelle udelukkende tilskrives fylogeni. Variation i doseringsprocedurer kan have indført uønsket variation i vores resultater. Disse diskuteres detaljeret nedenfor.

den forskellige følsomhed over for beta-cyfluthrin mellem kanariefugle og andre testede fugle kan skyldes forskelle i egenskaberne ved stederne for toksisk virkning, tarmabsorptionen, metabolismen og/eller eliminering af dette stof. For eksempel, den lave akutte toksicitet af cypermethrin til vagtler var blevet forklaret ved en høj resistens af CNS af vagtler til de dødelige virkninger af cypermethrin, en større omfattende metabolisme til et stort antal produkter, og en hurtig eliminering i udskillelsen . Det er muligt, at lignende fysiologiske mekanismer forekommer i skinnende kofugle og eared duer, hvilket forklarer deres lave modtagelighed for beta-cyfluthrin. Derudover kan både signifikante forskelle i følsomhed på stederne for toksisk virkning og metaboliske forskelle og forskellige vigtigste afgiftningsveje og aktiviteter spille en vigtig rolle i de forskellige reaktioner på disse insekticider. På den anden side kunne forskelle i kropsstørrelse blandt de tre fuglearter, der er inkluderet i denne undersøgelse, have påvirket resultaterne. Baseret på allometrisk forskning udført af mineau et al. kanariefuglens lille kropsstørrelse sammenlignet med de to andre arter kunne have bidraget til den højere følsomhed.

faktorer relateret til den eksperimentelle indstilling og vores procedurer kunne have påvirket resultaterne af denne undersøgelse. Et forhold mellem temperatur og de toksiske virkninger af pyrethroider er blevet vist for flere grupper af dyr, herunder insekter, amfibier og pattedyr . I vores undersøgelse blev der observeret variationer i omgivelsestemperaturerne på tidspunktet for hvert teststadium (tabel 3). Men selv når variationen var lidt højere i tilfælde af skinnende kofugle, er det usandsynligt, at det har påvirket resultaterne, fordi vi opnåede LD50 gennem kombinerede data fra sekventielle trin med forskellige temperaturer. Derudover kan de varierende dosisvolumener og opdelte indgivelser have øget variation mellem forsøgsdyr . I vores arbejde blev kanariefugle administreret et volumen langt under dem, der blev brugt til de to andre arter (tabel 1). Ulansky et al. viste, at forøgelse af mængden af majsolie leveret med en dosis bifenthrin, en anden syntetisk pyrethroid, ændrede pesticidets tidsforløb og styrke hos rotter (en dobbelt forskel i styrke blev set for en 5 gange stigning i majsolie). Brug af olie som doseringsmiddel bør undgås, når stærkt lipofile pesticider testes. Vi håber at have undgået dette problem ved at dosere med den pæne formulering, hvor det er muligt, og derfor ikke ændre den relative koncentration af pesticid i doseringsopløsningen. Sammenligning af antallet af alikvoter (tabel 1) med dødeligheden i testene (tabel 3) antyder, at det nøjagtige doseringsregime sandsynligvis ikke påvirkede vores testresultater i nogen stor udstrækning. Endelig, fordi vi testede formuleret materiale (med ukendte inerts) snarere end den aktive ingrediens, kan vi ikke fastslå endeligt, om kanariefuglen er mere følsom over for den aktive ingrediens eller til et af formlerne. Ligheden med den citerede værdi for a.i. af den Europæiske Union og den relative mangel på toksicitet af formlerne i de to andre arter (med LD50-værdier svarende til dem, der opnås i vagtel eller Gråand med den aktive ingrediens alene) antyder forskelle i følsomhed over for pyrethroidet og ikke over for de inerter, der er inkluderet i det formulerede materiale.

kliniske symptomer observeret som reaktion på høje doser hos de tre fuglearter er i overensstemmelse med dem, der er beskrevet af Sheets et al. hos rotter behandlet med beta-cyfluthrin og dem, der observeres af Gadri et al. , der testede permethrin og cypermethrin hos kyllinger. Disse symptomer bestod af nedsat aktivitet, rysten i hele kroppen, spyt, ophidset vejrtrækning, flad kropsholdning og choreoathetose. Nervøse forgiftningssymptomer blev observeret kort tid efter indtagelse og varede op til et par timer, hvilket indikerer, at fjernelsen af pyrethroider fra nervesystemet er hurtig . De overlevende fra alle arter viste ikke tab af kropsvægt, i det mindste ved udgangen af 14-dages observationsperioden (Tabel 4). Desuden steg kropsvægten af kanariefugle markant i tredje fase af den fulde test. Singh et al observerede øgede kropsvægt efter akut behandling med beta-cyfluthrin på albino rotter. Disse forfattere postulerer, at stigningen i kropsvægt kan skyldes overdreven mad-og vandindtag og øget fødevarekonverteringseffektivitet hos behandlede grupper sammenlignet med kontrollerede.

alle dødsfald forekom inden for 24 timer efter dosis, sandsynligvis fordi topniveauer i blod, lever, muskler og hjerne nås den første behandlingsdag . Times to death i skinnende kofugle og eared duer var meget lig dem, der blev opnået med fenvalerat af Mumas og menser i japansk vagtel (4 til 8 timer). Hurtig genopretning er karakteristisk for forgiftning med pyrethroider hos pattedyr . I de tre fuglearter blev selv individer, der fik doser, der nærmer sig LD50, hurtigt genoprettet (tabel 3). Pascual et al. rapporterede en høj frekvens af regurgitation i duer som gjorde vi. Regurgitations var ikke så hyppige i kanariefugle, hvilket tyder på forskelle i deres fysiologiske evne til at regurgitate. Da de personer, der regurgitated, blev erstattet af andre, blev resultaterne ikke påvirket af regurgitation i denne undersøgelse.

akutte og subakutte undersøgelser har vist, at pyrethroider ved høje doser forårsager leverhypertrofi, og hvis døden ikke forekommer, har disse ændringer vist sig at være reversible . Ikke desto mindre og som i Yavasoglu et al. , der arbejdede med cypermethrin hos rotter, relative levervægte ()—som et indirekte mål for ændringer i levers sundhed eller funktion—viste ingen effekt af dosis. Selvom der er in vitro-undersøgelser vedrørende virkningerne af pyrethroider på hjertemuskulaturen hos rotter og marsvin , blev der ikke påvist virkninger forbundet med tab eller stigning i hjertemasse her.

afslutningsvis, skønt der var faktorer, der muligvis forværrede forskellene i følsomhed inden for eller mellem arter (f.eks. varierende dosisvolumener, multiple doseringsskemaer, variable omgivelsestemperaturer, kropsstørrelse osv.), blev den høje følsomhed hos kanariefugle over for beta-cyfluthrin bekræftet. På den anden side viste det sig, at formuleret beta-cyfluthrin var praktisk talt ikke-giftigt for skinnende kofugle og øreduer. Disse resultater understreger behovet for at teste en bredere vifte af arter, før de generaliserer toksiciteten af pyrethroider (og muligvis andre pesticider) til fugle. I tilfælde af beta-cyfluthrin specifikt, selv om lave påføringshastigheder generelt anvendes i marken (7,5–20 g a.i./ha ifølge Tomlin ), er det nødvendigt at overveje den potentielle variation i toksiciteten af dette pesticid for fuldt ud at vurdere dets sikkerhed for fugle. I det foreliggende tilfælde vil en artsfølsomhedstilgang antyde, at andre fuglearter, især små kropsarter, vil vise højere følsomhed over for pyrethroider. Fremtidig forskning er nødvendig for at forklare, hvorfor de Kanariske Øer er mere følsomme over for beta-cyfluthrin, for at afgøre, om Kanariske Øer er ligeledes mere følsomme over for andre pyrethroider, og endnu vigtigere, om vilde arter relateret fylogenetisk til Kanariske Øer også præsentere en høj følsomhed over for pyrethroider.

anerkendelser

forfatterne takker Environment Canada og Instituto Nacional de Tecnolog Turra Agropecuaria (INTA), der finansierede og støttede dette papir. Også, de takker Dr .. Brian Collins for hans væsentlige statistiske samarbejde; Dr .. Julie Brodeur for hendes anmeldelse, INTA-Personale, og Natalia Bossel, der samarbejdede om indfangning og levering af materialer; Juan Carlos Reboreda, for hans værdifulde bidrag til skinnende kofuglehold; begge direktører for EEA-Paranorus som det regionale center for Entre r, der støttede dette arbejde i Eksperimentstationen i Paranoros; endelig to anonyme dommere, der gav nyttige kommentarer til tidligere udkast.