La Beta-Ciflutrina formulada Muestra una amplia Divergencia en la Toxicidad entre las Especies de Aves

Resumen

Generalmente se asume que la toxicidad de los insecticidas piretroides para las aves es insignificante, aunque se han probado pocas especies. Se determinó la toxicidad aguda oral de la beta-ciflutrina formulada para canarios (Serinus sp.), cowbirds brillantes (Molothrus bonariensis), y palomas orejas (Zenaida auriculata). Se administraron dosis únicas a adultos por sonda. Las dosis letales aproximadas 50 () y sus intervalos de confianza se determinaron por un diseño D-óptimo aproximado. Se encontró que los canarios eran sustancialmente más sensibles a la beta-ciflutrina formulada (mg/kg) que las otras dos especies analizadas ( mg/kg y mg / kg, respectivamente.). Los valores obtenidos para canarios también fueron considerablemente inferiores a los valores de toxicidad típicos disponibles en la literatura para piretroides. Este estudio enfatiza la necesidad de probar una gama más amplia de especies con insecticidas potencialmente tóxicos, utilizando diseños modernos de prueba ascendente y descendente con un número mínimo de aves.

1. Introducción

El uso generalizado de plaguicidas contribuye a la disminución de la población y a la mortalidad de las aves en los agroecosistemas . Entre las diversas categorías de plaguicidas, los insecticidas suelen presentar un mayor riesgo de efectos agudos debido a su elevada toxicidad inherente y a su alto potencial de exposición. Los casos documentados de mortalidad masiva por intoxicación y los diversos estudios que informan de los efectos negativos de los insecticidas en las aves son pruebas claras del riesgo que plantean los insecticidas en las especies de aves silvestres (por ejemplo, ). Un caso de mortalidad masiva de aves que recibió mucha atención en Argentina fue la mortalidad de halcones de Swainson en 1995-1996 causada por monocrotofos, un insecticida organofosforado . Después de este evento, el registro de monocrotofos fue cancelado en Argentina, mientras que los insecticidas piretroides ganaron en importancia y popularidad.

Entre los insecticidas, los piretroides son una clase de insecticidas sintéticos neurotóxicos ampliamente utilizados debido a su relativa seguridad para mamíferos y aves, su alta potencia insecticida a dosis bajas y su rápida biodegradación . Los canales de sodio de axón de insectos son 100 veces más sensibles a los ésteres piretroides que los canales de mamíferos . Por estas razones, los piretroides han reemplazado gradualmente a los insecticidas organoclorados, organofosforados y carbamatos en el campo. Se han realizado varios estudios sobre piretroides en vertebrados (por ejemplo,), la mayoría en roedores (por ejemplo,). La neurotoxicidad de los piretroides para los mamíferos depende de la configuración estereoquímica y de la estructura piretroide . En contraste, se sabe poco de la toxicidad de los piretroides para las aves, probablemente porque esta clase de insecticidas generalmente se considera que tiene una toxicidad insignificante para las aves.

Beta-ciflutrina (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) es el ingrediente activo de las formulaciones de insecticidas utilizadas para controlar una amplia variedad de plagas en cultivos de algodón, maíz, girasol y soja. Al igual que otros piretroides, la beta-ciflutrina presenta interacción estereoselectiva con una fracción de los canales de sodio de las membranas neuronales, lo que resulta en una prolongación de las corrientes de sodio internas evocadas en las neuronas por cada pulso de estimulación excitatoria entrante . La beta-ciflutrina es una mezcla de cuatro diastereómeros, con predominio de los diastereómeros II y IV, que determinan las propiedades químicas y físicas de la sustancia . La beta-ciflutrina es un piretroide de tipo II, con un grupo ciano característico en el carbono alfa. Los piretroides tipo II presentan mayor efectividad insecticida y mayor toxicidad que los piretroides tipo I. Los ésteres de tipo II mantienen el canal de sodio abierto durante un período de tiempo más prolongado que los ésteres de tipo I. Los principales signos de intoxicación de piretroides tipo II en mamíferos incluyen coreoatetosis y salivación (CS) .

La LD50 notificada de beta-ciflutrina para las aves en el Manual de plaguicidas es > 2000 mg / kg en la codorniz japonesa. La USEPA en su base de datos» ECOTOX » (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) da el mismo valor, pero asociado con el bobwhite del norte. Sin embargo, la información no publicada citada en un informe sin detalles sobre el vehículo o la formulación dio una LD50 de ca. 100 mg / kg para la beta-ciflutrina en Canarias, así como los valores más habituales para el pato real y el pato real de >2000 mg/kg. Este valor para los canarios, si es real, arroja dudas sobre la sabiduría general de que los piretroides no son tóxicos para las aves. El presente estudio tuvo como objetivo la corroboración independiente de la LD50 de beta-ciflutrina para canarios y la determinación de la toxicidad oral aguda de beta-ciflutrina formulada comercialmente para dos especies nuevas y silvestres, el pájaro vaquero brillante (Molothrus bonariensis) y la paloma orejera (Zenaida auriculata).

2. Materiales y Métodos

2.1. Sitio y Condiciones Generales de Estudio

El estudio se realizó en las instalaciones de investigación del INTA (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) en la Estación Experimental Agrícola de Paraná (31°50 ‘ 53 «S, 60°32’ 19 » O). El estudio se llevó a cabo en un aviario de 20 × 10 m, que incluía una zona de aclimatación con 6 grupos de corrales (cada uno de 3 × 2 × 3 m) y 24 jaulas de ensayo individuales (cada una de 0,5 × 0,5 × 0,5 m). Se registraron el fotoperíodo y la temperatura media de la sala de pruebas durante la dosificación (Tablas 2 y 3). La ventilación se controló para mantener las condiciones interiores de temperatura y humedad dentro de los rangos ambientales exteriores.

2.2. Selección, Captura y Alojamiento de Aves

Las aves silvestres, los cowbirds brillantes y las palomas de orejas se seleccionaron en función de su gran número en los campos circundantes, lo que aseguró su disponibilidad, abundancia y éxito de captura. Los cowbirds brillantes fueron capturados con redes de niebla y las palomas con orejas con trampas de cebo. Se utilizaron canarios criados en cautividad. Las aves adultas sanas fueron ponderadas y agrupadas por sexo antes de ser aclimatadas a condiciones experimentales durante al menos 14 días. Se colocaron al menos tres perchas de 1,5 m en cada pluma. Se alimentó a los vaqueros brillantes con alimentos comerciales certificados insectívoros, a las palomas orejas se les ofreció una mezcla de semillas de trigo y girasol, y a los canarios, una mezcla de semillas comerciales y huevo molido. Se ofreció agua embotellada para consumo humano ad libitum a todas las especies. Debido a la ausencia de un comité de cuidado de animales constituido en el INTA o en la universidad local (Universidad Nacional del Litoral) que proporcionara la supervisión académica de esta investigación, se siguieron las directrices del Denver Wildlife Research Center del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos para la captura, el transporte, el alojamiento, el cuidado, la eutanasia y la necropsia de las aves, además de otros procedimientos del estudio .

2.3. Sustancia química y Dosis

Para obtener las dosis de prueba (mg de beta-ciflutrina/kg de peso corporal), utilizamos una formulación comercial (Bulldock de Bayer CropScience), una suspensión de 12,5 g a.i./100 mL de ingredientes inertes no declarados. Asumimos que la concentración en la etiqueta se informó correctamente y se administró a las aves el volumen necesario de producto formulado correspondiente a la dosis requerida de beta-ciflutrina. Se sabe que la toxicidad piretroide puede verse muy influida por el vehículo de dosificación . Debido a que las aves silvestres están expuestas a productos formulados, optamos por probar la formulación sin un vehículo adicional siempre que fuera posible y con agua destilada como diluyente para varias dosis para canarios (ver diluciones en las notas al pie de la Tabla 3). Las dosis

se calcularon de acuerdo con ecuaciones estándar para cada etapa del diseño D-óptimo aproximado , en miligramos de i.a. por kilogramo de peso corporal, como se muestra en la Tabla 3. Los volúmenes de dosificación se calcularon en base a los pesos corporales individuales medidos en las 12 horas siguientes a la dosificación (Tabla 1). Para prevenir la regurgitación, los volúmenes de dosis más altos (>0,17 ml para canarios, >0,45 ml para vaqueritos brillantes y > 1,0 ml para palomas de orejas) se dividieron y se administraron en hasta cuatro alícuotas separadas por 15 minutos. Esta administración dividida de dosis se llevó a cabo para todas las especies de la prueba límite, un canario en la primera etapa de la prueba completa y todos los cuervos brillantes y palomas de orejas en todas las etapas de la prueba completa (Tabla 1). Los volúmenes de dosis nunca superaron los 16 ml/kg de peso corporal (peso corporal) en Canarias, los 27 mL/kg de peso corporal en los cowbirds brillantes y los 26 ml / kg de peso corporal en las palomas de orejas. La sustancia problema formulada se administró por sonda. El catéter fue lubricado con vaselina para disminuir las posibles molestias al introducirlo. Los individuos que regurgitaron parte o la totalidad de una dosis y que sobrevivieron a la dosis fueron sustituidos por otros debido al hecho de que la regurgitación modifica la dosis e impide la correcta aproximación de la DL50 . El cuarenta y seis por ciento de los cowbirds brillantes, el 33% de las palomas de orejas y el 16% de los canarios regurgitaron, a pesar de estar en ayunas antes de la dosis.

2.4. Procedimiento

Se realizaron pruebas de toxicidad oral aguda de conformidad con el proyecto de directriz 223 de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos . Este procedimiento minimiza el número de aves utilizadas y tiene una amplia validación estadística.

En primer lugar, se trató a cinco individuos de cada especie con una dosis límite de 2000 mg/kg de sustancia problema. Después de cualquier mortalidad a esta dosis límite, se calculó la DL50 en estadios secuenciales con el diseño D-óptimo aproximado (prueba completa; Figura 1). En Canarias, se llevó a cabo la primera fase de la prueba completa para confirmar y mejorar la estimación inicial de la DL50 canaria (250 mg/kg, basada en el valor de la literatura mencionado anteriormente y el resultado de una prueba límite). Se añadió una etapa adicional para obtener un mayor nivel de precisión.

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Figura 1

Diagrama de la metodología usada.

Las aves se asignaron aleatoriamente a cada prueba y se observaron durante 14 días después de la dosis. Se registraron mortalidad, síntomas clínicos, cambio de peso entre el comienzo y el final del estudio, regurgitaciones, tiempo hasta la muerte (en horas) y recuperación.

Tanto los animales de ensayo como los de control se examinaron mediante necropsia para determinar las diferencias macroscópicas. Se examinaron el tamaño, la posición y el aspecto de todos los órganos y el tracto gastrointestinal completo. Además, se pesaron hígados y corazones y se calcularon sus pesos relativos (1), con el fin de detectar cualquier patología asociada a cualquier pérdida o aumento de masa de estos órganos (hepatomegalia, necrosis, hipertrofia, etc.).).

2.5. Análisis estadístico

Ajustamos un modelo probit a los datos combinados de todas las etapas (STAT-SAS 6.1) para obtener las estimaciones de DL50, las confidencias de los intervalos de confianza y las pendientes de las curvas dosis-respuesta. Se compararon los pesos corporales inicial y final y los pesos relativos de corazones e hígados mediante ANOVA unidireccional utilizando el programa SPSS v. 10 para Windows.

3. Resultados

3.1. Pruebas límite

Las estimaciones iniciales de LD50 obtenidas para las pruebas límite fueron de 2247 mg / kg para los pájaros vaqueritos brillantes y las palomas de orejas, ya que el 40% de los individuos murieron en ambas especies. Por el contrario, todos los canarios tratados murieron, por lo que fue imposible obtener una estimación inicial de DL50 con la prueba límite (Tabla 2).

3.2. Prueba completa

Con canarios, los valores de DL50 estimados en cada etapa secuencial fueron 68 mg / kg, 110 mg/kg y 170 mg/kg, respectivamente. Durante la etapa adicional (similar a la tercera etapa, realizada para disminuir los intervalos de confianza de la DL50), dos de los cuatro individuos que recibieron la dosis más alta regurgitaron y, por esta razón, no fueron incluidos en los resultados. Para los cowbirds brillantes y las palomas de orejas, aunque las dosis administradas en la segunda etapa fueron las mismas debido a resultados similares en la prueba límite, la mortalidad fue diferente (Tabla 3). Las estimaciones de DL50 después de la segunda etapa fueron de 1.589 mg/kg y 2.338, 6 mg/kg para los cowbirds brillantes y las palomas de orejas, respectivamente. Las estimaciones finales de DL50, obtenidas ajustando un modelo probit a los datos combinados de todas las etapas para cada especie, fueron de 170 ± 41 mg/kg para canarios, 2234 ± 544 mg/kg para vaqueritos brillantes y 2271 ± 433 mg/kg para palomas de orejas. Las curvas dosis-respuesta se muestran en la Figura 2.

Figura 2

curvas Dosis-respuesta.

Los signos clínicos incluyeron apariencia con volantes, salivación (evidenciada por movimientos constantes de deglución y sacudidas de cabeza), disminución de la actividad, postración, jadeo, respiración dificultosa, temblor corporal, pérdida de equilibrio y/o convulsiones. Los signos aparecieron poco después de la administración y duraron de unos minutos a unas pocas horas. Hubo dosis que no produjeron signos clínicos y otras que permitieron la recuperación de individuos con signos de intoxicación, incluyendo convulsiones (Tablas 2 y 3). Todas las recuperaciones se produjeron dentro de las primeras 24 horas después de la dosis. Los pesos antes de la dosis y después de 14 días de la dosis se indican en la Tabla 4. No hubo diferencias significativas entre los pesos corporales de los sobrevivientes antes de la dosis y 14 días después de la dosis, excepto en el caso de los canarios en la tercera etapa de la prueba completa, donde los pesos posdosis de 14 días fueron más altos que los pesos anteriores a la dosis (). El tiempo máximo hasta la muerte fue de 1.75 horas en canarios, 3 horas en palomas de orejas y 5 horas en vaqueros brillantes. Solo los canarios mostraron una tendencia a un menor tiempo hasta la muerte con el aumento de la dosis (Figura 3).

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Figura 3

el Tiempo de la muerte como una función de la dosis (sólo la dosis que causaron la muerte se muestra).

Todas las aves que murieron presentaron rigidez en las extremidades anteriores y posteriores. Observamos un líquido blanco espeso en diferentes secciones del tracto gastrointestinal, atribuible a la formulación del insecticida. No se detectaron diferencias macroscópicas entre los órganos de los individuos tratados y de control. Los pesos relativos del corazón y el hígado ( y ) tampoco variaron (en todos los casos).

4. Discusión

El valor de LD50 obtenido en Canarias se aproxima al presentado en el informe sobre beta-ciflutrina de la Comisión Europea , confirmándolo como moderadamente tóxico o clase II para esta especie. Los valores de LD50 para la beta-ciflutrina formulada obtenidos en aves vaqueras brillantes (otra especie paseriforme) y palomas de orejas, son cercanos a los valores reportados para la codorniz blanca y la codorniz japonesa , lo que confirma que la beta-ciflutrina es prácticamente no tóxica o de clase III para esas especies. Se necesita un poco de cuidado antes de atribuir estas diferencias de sensibilidad únicamente a la filogenia. La variación en los procedimientos de dosificación podría haber introducido variaciones no deseadas en nuestros resultados. Estas cuestiones se examinan en detalle a continuación.

La diferente sensibilidad a la beta-ciflutrina entre los canarios y otras aves sometidas a ensayo puede deberse a diferencias en las características de los lugares de acción tóxica, la absorción intestinal, el metabolismo y/o la eliminación de esta sustancia. Por ejemplo, la baja toxicidad aguda de la cipermetrina para las codornices se había explicado por una alta resistencia de los naftalenos clorados de las codornices a los efectos letales de la cipermetrina, un metabolismo más amplio de un gran número de productos y una rápida eliminación en los excrementos . Es posible que se produzcan mecanismos fisiológicos similares en los pájaros vaqueritos brillantes y las palomas de orejas, lo que explica su baja susceptibilidad a la beta-ciflutrina. Además, tanto las diferencias significativas en la sensibilidad en los lugares de acción tóxica como las diferencias metabólicas y las diferentes rutas principales de desintoxicación y actividades enzimáticas pueden desempeñar un papel importante en las respuestas diferenciales a estos insecticidas. Por otro lado, las diferencias en el tamaño corporal entre las tres especies de aves incluidas en este estudio podrían haber influido en los resultados. Basado en la investigación alométrica realizada por Mineau et al. , el pequeño tamaño corporal del canario en comparación con las otras dos especies podría haber contribuido a la mayor sensibilidad.

Los factores relacionados con el entorno experimental y nuestros procedimientos podrían haber influido en los resultados de este estudio. Se ha demostrado una relación entre la temperatura y los efectos tóxicos de los piretroides en varios grupos de animales, incluidos insectos, anfibios y mamíferos . En nuestro estudio, se observaron variaciones en las temperaturas ambiente en el momento de cada etapa de la prueba (Tabla 3). Sin embargo, incluso cuando la variación fue ligeramente mayor en el caso de los cowbirds brillantes, es poco probable que haya influido en los resultados porque obtuvimos la DL50 a través de datos combinados de etapas secuenciales con diferentes temperaturas. Además, los volúmenes de dosis variables y las administraciones divididas pueden aumentar la variabilidad entre los animales de experimentación . En nuestro trabajo a Canarias se les administró un volumen muy inferior al utilizado para las otras dos especies (Tabla 1). Wolansky et al. mostró que el aumento de la cantidad de aceite de maíz suministrado con una dosis de bifentrina, otro piretroide sintético, cambió el curso del tiempo y la potencia del pesticida en ratas (se observó una diferencia de potencia de dos veces para un aumento de 5 veces en el aceite de maíz). Se debe evitar el uso de aceite como agente dosificador cuando se están probando plaguicidas altamente lipofílicos. Esperamos haber evitado este problema dosificando con la formulación limpia siempre que sea posible y, por lo tanto, no cambiando la concentración relativa de plaguicida en la solución dosificadora. Al comparar el número de alícuotas (Tabla 1) con la mortalidad en las pruebas (Tabla 3), se sugiere que el régimen de dosificación exacto probablemente no afectó en gran medida los resultados de nuestras pruebas. Finalmente, debido a que probamos el material formulado (con inertes desconocidos) en lugar del ingrediente activo, no podemos determinar definitivamente si el canario es más sensible al ingrediente activo o a uno de los formulantes. Sin embargo, la similitud con el valor citado para la i.a. por la Unión Europea y la relativa falta de toxicidad de los formulantes en las otras dos especies (con valores de DL50 similares a los obtenidos en codornices o ánades reales con el ingrediente activo solo) sugieren diferencias en la sensibilidad al piretroide y no a los inertes incluidos en el material formulado.

Los síntomas clínicos observados en respuesta a dosis altas en las tres especies de aves están de acuerdo con los descritos por Sheets et al. en ratas tratadas con beta-ciflutrina y las observadas por Qadri et al. , que probaron permetrina y cipermetrina en pollos. Estos síntomas consistieron en disminución de la actividad, temblores en todo el cuerpo, salivación, respiración agitada, postura aplanada y coreoatetosis. Los síntomas de intoxicación nerviosa se observaron poco tiempo después de la ingesta y duraron hasta unas pocas horas, lo que indica que la eliminación de piretroides del sistema nervioso es rápida . Los sobrevivientes de todas las especies no mostraron pérdida de peso corporal, al menos al final del período de observación de 14 días (Tabla 4). Además, el peso corporal de los canarios aumentó significativamente durante la tercera etapa de la prueba completa. Singh et al observaron un aumento del peso corporal después del tratamiento agudo con beta-ciflutrina en ratas albinas. Estos autores postulan que el aumento del peso corporal puede deberse a una ingesta excesiva de alimentos y agua y a una mayor eficiencia de conversión de alimentos de los grupos tratados en comparación con los controlados.

Todas las muertes ocurrieron dentro de las 24 horas posteriores a la administración de la dosis, probablemente porque los niveles máximos en sangre, hígado, músculo y cerebro se alcanzan el primer día de tratamiento . Los tiempos hasta la muerte en los cowbirds brillantes y las palomas de orejas fueron bastante similares a los obtenidos con fenvalerato por Mumtaz y Menzer en codornices japonesas (de 4 a 8 horas). La recuperación rápida es una característica de la intoxicación con piretroides en mamíferos . En las tres especies de aves, incluso los individuos que recibieron dosis cercanas a la DL50 se recuperaron rápidamente (Tabla 3). Pascual et al. informaron de una alta frecuencia de regurgitación en palomas como hicimos. Las regurgitaciones no fueron tan frecuentes en Canarias, lo que sugiere diferencias en su capacidad fisiológica para regurgitar. Dado que los individuos que regurgitaron fueron sustituidos por otros, los resultados no fueron influenciados por la regurgitación en este estudio.

Los estudios agudos y subagudos han demostrado que los piretroides a dosis altas causan hipertrofia hepática y, si no se produce la muerte, estos cambios han demostrado ser reversibles . Sin embargo, y como en Yavasoglu et al. , que trabajó con cipermetrina en ratas, los pesos relativos del hígado ()—como medida indirecta de los cambios en la salud o la función hepática—no mostraron ningún efecto de la dosis. Aunque existen estudios in vitro sobre los efectos de los piretroides en el músculo cardíaco de ratas y cobayas , no se detectaron efectos asociados con la pérdida o el aumento de la masa cardíaca.

En conclusión, aunque hubo factores que posiblemente exacerbaron las diferencias de susceptibilidad dentro de las especies o entre ellas (por ejemplo, volúmenes de dosis variables, esquema de dosis múltiple, temperaturas ambiente variables, tamaño corporal, etc.).), se corroboró la alta sensibilidad de los canarios a la beta-ciflutrina. Por otro lado, se encontró que la beta-ciflutrina formulada era prácticamente no tóxica para los pájaros vaqueritos brillantes y las palomas con orejas. Estos resultados enfatizan la necesidad de probar una gama más amplia de especies antes de generalizar sobre la toxicidad de los piretroides (y posiblemente otros pesticidas) para las aves. En el caso concreto de la beta-ciflutrina, aunque generalmente se utilizan bajas tasas de aplicación en el campo (7,5-20 g a.i./ha según Tomlin ), es necesario considerar la variación potencial de la toxicidad de este plaguicida para evaluar plenamente su seguridad para las aves. En el presente caso, un enfoque de sensibilidad de especie sugeriría que otras especies de aves, especialmente las especies de cuerpo pequeño, mostrarán una mayor sensibilidad a los piretroides. Se necesitan investigaciones futuras para explicar por qué los canarios son más sensibles a la beta-ciflutrina, para determinar si los canarios son igualmente más sensibles a otros piretroides y, lo que es más importante, si las especies silvestres relacionadas filogenéticamente con los canarios también presentan una alta sensibilidad a los piretroides.

Agradecimientos

Los autores agradecen a Environment Canada y al Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) que financiaron y apoyaron este artículo. Además, agradecen al Dr. Brian Collins por su colaboración estadística esencial; a la Dra. Julie Brodeur por su revisión, al personal del INTA y a Natalia Bossel que colaboraron en las capturas y provisión de materiales; a Juan Carlos Reboreda, por su valiosa contribución en la cría de aves de corral brillantes; a ambos directores de la AEMA-Paraná como del Centro Regional de Entre Ríos, que apoyaron este trabajo en la Estación Experimental de Paraná; por último, dos árbitros anónimos que proporcionaron comentarios útiles sobre borradores anteriores.