Beta-Ciflutrina formulată prezintă o divergență largă a toxicității în rândul speciilor de păsări

rezumat

se presupune, în general, că toxicitatea insecticidelor piretroide la păsări este neglijabilă, deși puține specii au fost testate. Toxicitatea acută orală a beta-ciflutrinului formulat a fost determinată pentru canari (Serinus sp.), păsări strălucitoare (Molothrus bonariensis) și porumbei cu urechi (Zenaida auriculata). Dozele unice au fost administrate adulților prin gavaj. Dozele letale aproximative 50 () și intervalele lor de încredere au fost determinate de un design aproximativ d-optim. Canarii s-au dovedit a fi substanțial mai sensibili la beta-ciflutrin formulat ( mg/kg) decât celelalte două specii testate ( mg/kg și mg/kg, resp.). Rezultatele obținute pentru canari au fost, de asemenea, considerabil mai mici decât valorile tipice de toxicitate disponibile în literatura de specialitate pentru piretroizi. Acest studiu subliniază necesitatea testării unei game mai largi de specii cu insecticide potențial toxice, folosind modele moderne de testare în sus și în jos cu un număr minim de păsări.

1. Introducere

utilizarea pe scară largă a pesticidelor contribuie la scăderea populației și la mortalitatea păsărilor în agroecosisteme . Dintre diferitele categorii de pesticide, insecticidele prezintă de obicei un risc mai mare de efecte acute din cauza toxicității lor inerente ridicate și a potențialului ridicat de expunere. Cazurile documentate de mortalitate în masă prin intoxicație și diferitele studii care raportează efectele negative ale insecticidelor asupra păsărilor sunt dovezi clare ale riscului prezentat de insecticide asupra speciilor de păsări sălbatice (de exemplu, ). Un caz de mortalitate în masă a păsărilor care a primit o mare atenție în Argentina a fost mortalitatea din 1995-1996 a șoimilor lui Swainson cauzată de monocrotofos, un insecticid organofosforic . După acest eveniment, înregistrarea monocrotophos a fost anulată în Argentina, în timp ce insecticidele piretroide au câștigat importanță și popularitate.

printre insecticide, piretroidele sunt o clasă de insecticide sintetice neurotoxice utilizate pe scară largă datorită siguranței lor relative la mamifere și păsări, potenței insecticide ridicate la doze mici și biodegradării rapide . Canalele de sodiu Axon de insecte sunt de 100 de ori mai sensibile la esterii piretroizi decât canalele de mamifere . Din aceste motive, piretroizii au înlocuit treptat insecticidele organoclorurate, organofosfate și carbamat în domeniu. Mai multe studii despre piretroizi au fost efectuate pe vertebrate (de exemplu, ), majoritatea pe rozătoare (de exemplu, ). Neurotoxicitatea piretroidelor la mamifere depinde de configurația stereochimică și de structura piretroidă . În schimb, se știe puțin despre toxicitatea piretroidelor la păsări, probabil pentru că această clasă de insecticide este în general considerată a avea o toxicitate neglijabilă pentru păsări.

Beta-ciflutrin (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) este ingredientul activ al formulărilor insecticide utilizate pentru a controla o mare varietate de dăunători pe culturile de bumbac, porumb, floarea soarelui și soia. Ca și alte piretroide, beta-ciflutrina prezintă interacțiune stereoselectivă cu o fracțiune din canalele de sodiu ale membranelor neuronale, rezultând o prelungire a curenților de sodiu interiori evocați în neuroni de fiecare impuls de stimulare excitatorie . Beta-ciflutrina este un amestec de patru diastereomeri, diastereomerii II și IV predomină și determină proprietățile chimice și fizice ale substanței . Beta-ciflutrina este un piretroid de tip II, cu o grupare Ciano caracteristică pe carbonul alfa. Piretroidele de tip II prezintă o eficacitate insecticidă mai mare și o toxicitate mai mare decât piretroidele de tip I. Esterii de tip II mențin canalul de sodiu deschis pentru o perioadă de timp mai prelungită decât esterii de tip I. Principalele semne de intoxicare a piretroidelor de tip II la mamifere includ coreoatetoza și salivarea (CS) .

LD50 raportat de beta-ciflutrin la păsări în manualul pesticidelor este >2000 mg/kg la prepelița japoneză. USEPA din baza sa de date” ECOTOX ” (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) dă aceeași valoare, dar asociată cu bobul nordic. Cu toate acestea, informațiile nepublicate Citate într-un raport fără detalii despre vehicul sau formulare au dat un LD50 de ca. 100 mg/kg pentru beta-ciflutrin în canari, precum și valorile mai uzuale pentru bobwhite nordic și rață sălbatică de > 2000 mg/kg . Această valoare pentru canari, dacă este reală, pune la îndoială înțelepciunea generală că piretroizii nu sunt toxici pentru păsări. Studiul de față a avut ca scop coroborarea obiectivă independentă a LD50 de beta-ciflutrină la canari și determinarea toxicității orale acute a beta-ciflutrinei formulate comercial la două specii noi și sălbatice, cowbird strălucitor (Molothrus bonariensis) și porumbelul cu urechi (Zenaida auriculata).

2. Materiale și metode

2.1. Site – ul și Condițiile Generale de studiu

studiul a fost realizat în unitățile de cercetare ale Inta (Instituto Nacional de tecnolog Oqua Agropecuaria) la stația experimentală Agricolă Paranoqua (31 Oqua 50’53″S, 60 Oqua 32’19″W). Studiul s-a desfășurat într-o volieră de 20 XT 10 m, incluzând o zonă de aclimatizare cu 6 grupe de țarcuri (fiecare 3 XT 2 XT 3 m) și 24 cuști individuale de testare (fiecare 0,5 XT 0,5 XT 0,5 m). Fotoperioada și temperatura medie a camerei de testare în timpul dozării au fost înregistrate (tabelele 2 și 3). Ventilația A fost controlată astfel încât să se mențină condițiile interioare de temperatură și umiditate în intervalele de mediu exterioare.

2.2. Selecția, capturarea și adăpostirea păsărilor

păsările sălbatice, păsările strălucitoare și porumbeii cu urechi au fost selectate pe baza numărului lor mare în câmpurile înconjurătoare, ceea ce le-a asigurat disponibilitatea, abundența și succesul capturării. Păsările strălucitoare au fost capturate cu plase de ceață și porumbei cu urechi cu capcane de momeală. Au fost folosiți canari crescuți captivi. Păsările adulte sănătoase au fost ponderate și grupate în funcție de sex înainte de a fi aclimatizate la condițiile experimentale timp de cel puțin 14 zile. Cel puțin trei stinghii de 1,5 m au fost plasate în fiecare stilou. Păsările de vacă strălucitoare au fost hrănite cu alimente comerciale certificate insectivore, porumbeilor cu urechi li s-a oferit un amestec de grâu și semințe de floarea soarelui, iar canarii, un amestec comercial de semințe și ouă măcinate. Apa îmbuteliată pentru consumul uman a fost oferită ad libitum tuturor speciilor. Din cauza absenței unui comitet de îngrijire a animalelor constituit la INTA sau la universitatea locală (Universidad Nacional del Litoral) care a asigurat supravegherea academică a acestei cercetări, au fost urmate liniile directoare ale Denver Wildlife Research Center din Departamentul Agriculturii din SUA pentru capturarea, transportul, locuința, îngrijirea, eutanasia și Necropsia păsărilor, pe lângă alte proceduri ale studiului .

2.3. Chimic și doza

pentru obținerea dozelor de testare (mg beta-ciflutrin/kg greutate corporală), am utilizat o formulare comercială (Buldock de Bayer CropScience), o suspensie de 12,5 g a.i./100 mL de ingrediente inerte nedeclarate. Am presupus că concentrația etichetei a fost raportată corect și administrată păsărilor volumul necesar de produs formulat corespunzător dozei necesare de beta-ciflutrin. Este cunoscut faptul că toxicitatea piretroidă poate fi influențată în mare măsură de vehiculul de dozare . Deoarece păsările sălbatice sunt expuse la produse formulate, am optat pentru testarea formulării fără un vehicul suplimentar acolo unde este posibil și cu apă distilată ca diluant pentru mai multe doze pentru canari (vezi diluții în notele de subsol din tabelul 3).

dozele au fost calculate conform ecuațiilor standard pentru fiecare etapă a proiectării aproximative d-optim , în miligrame de a.i. pe kilogram de greutate corporală, așa cum se arată în tabelul 3. Volumele de dozare au fost calculate pe baza greutății corporale individuale măsurate în decurs de 12 ore de la administrare (Tabelul 1). Pentru a preveni regurgitarea, volumele mai mari de doze (>0,17 mL pentru canari, >0,45 mL pentru păsările de vacă strălucitoare și >1,0 mL pentru porumbeii urechi) au fost divizate și administrate în până la patru alicote separate timp de 15 minute. Această administrare divizată a dozelor a avut loc pentru toate speciile din testul limită, un canar în prima etapă a testului complet și toate păsările de vacă strălucitoare și porumbeii cu urechi în toate etapele testului complet (Tabelul 1). Volumele dozelor nu au depășit niciodată 16 mL/kg g.c. (greutate corporală) la canari, 27 mL/kg G. C. la cowbirds strălucitori și 26 mL / kg G. C. la porumbeii cu urechi. Substanța chimică testată formulată a fost dată prin gavaj. Cateterul a fost lubrifiat cu vaselină pentru a diminua disconfortul posibil atunci când a fost introdus. Persoanele care au regurgitat o parte sau toată doza și care au supraviețuit dozei au fost înlocuite cu altele datorită faptului că regurgitarea modifică doza și împiedică aproximarea corectă a LD50 . Patruzeci și șase la sută din păsările strălucitoare, 33% Din porumbeii cu urechi și 16% din canari au regurgitat, în ciuda faptului că au fost postiți înainte de doză.

2.4. Procedura

testele de toxicitate orală acută au fost efectuate în urma proiectului de orientare 223 al Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică . Această procedură minimizează numărul de păsări utilizate și are o validare statistică extinsă.

în primul rând, cinci indivizi din fiecare specie au fost tratați cu o doză limită de 2000 mg/kg de substanță chimică testată. După orice mortalitate la această doză limită, LD50 au fost estimate în etape secvențiale cu designul aproximativ d-optim (test complet; figura 1). În canari, prima etapă a testului complet a fost efectuată pentru a confirma și îmbunătăți estimarea inițială a LD50 Canare (250 mg/kg, pe baza valorii menționate anterior în literatură și a rezultatului unui test limită). A fost adăugată o etapă suplimentară pentru a obține un nivel mai mare de precizie.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figura 1

diagrama metodologiei utilizate.

păsările au fost repartizate aleatoriu la fiecare test și au fost observate timp de 14 zile după administrarea dozei. Au fost înregistrate mortalitatea, simptomele clinice, modificarea greutății între începutul și sfârșitul studiului, regurgitările, timpul până la moarte (în ore) și recuperarea.

atât animalele testate, cât și cele martor au fost examinate prin necropsie pentru a determina diferențele macroscopice. Au fost examinate dimensiunea, poziția și aspectul tuturor organelor și tractul g.i. complet. De asemenea, s-au cântărit ficatul și inima și s-au calculat greutățile lor relative (1), pentru a detecta orice patologie asociată cu orice pierdere sau creștere a masei acestor organe (hepatomegalie, necroză, hipertrofie etc.).

2.5. Analiză statistică

încadrăm un model probit la datele combinate din toate etapele (STAT-SAS 6.1) pentru a obține estimările LD50, confidențele intervalelor de încredere și pantele curbelor doză-răspuns. Atât greutățile corporale inițiale și finale, cât și greutățile relative ale inimilor și ficatului au fost comparate de ANOVA unidirecțională folosind SPSS v. 10 pentru Windows.

3. Rezultate

3.1. Testele limită

estimările inițiale LD50 obținute pentru testele limită au fost de 2247 mg/kg atât pentru păsările de vacă strălucitoare, cât și pentru porumbeii cu urechi, deoarece 40% dintre indivizi au murit la ambele specii. În schimb, toți canarii tratați au murit și, prin urmare, a fost imposibil să se obțină o estimare inițială a LD50 cu testul limită (Tabelul 2).

3.2. Test complet

cu canari, valorile LD50 estimate la fiecare etapă secvențială au fost de 68 mg/kg, 110 mg/kg și, respectiv, 170 mg/kg. În timpul etapei suplimentare (similar celei de-a treia etape, efectuată pentru a reduce intervalele de încredere ale LD50), două din cele patru persoane care au primit cea mai mare doză au regurgitat și, din acest motiv, nu au fost incluse în rezultate. Pentru păsările de vacă strălucitoare și porumbeii cu urechi, deși dozele administrate în a doua etapă au fost aceleași din cauza rezultatelor similare la testul limită, mortalitatea a fost diferită (Tabelul 3). Estimările LD50 după a doua etapă au fost de 1589 mg/kg și 2338,6 mg/kg pentru păsările de vacă strălucitoare și, respectiv, porumbeii cu urechi. Estimările finale LD50, obținute prin potrivirea unui model probit la datele combinate ale tuturor etapelor pentru fiecare specie au fost de 170 XT 41 mg / kg pentru canari, 2234 XT 544 mg/kg pentru cowbirds strălucitori și 2271 XT 433 mg/kg pentru porumbeii cu urechi. Curbele doză-răspuns sunt prezentate în Figura 2.

Figura 2

curbe doză-răspuns.

semnele clinice au inclus aspect ciufulit, salivație (evidențiată prin mișcări constante deglutiție și tremurături ale capului), activitate scăzută, prostrație, gâfâire, respirație dificilă, tremor corporal, pierderea echilibrului și/sau convulsii. Semnele au apărut la scurt timp după administrare și au durat de la câteva minute până la câteva ore. Au existat doze care nu au produs semne clinice și altele care au permis recuperarea persoanelor cu semne de intoxicație, inclusiv convulsii (tabelele 2 și 3). Toate recuperările au fost în primele 24 de ore după administrare. Greutățile Predose și 14 zile postdose sunt prezentate în tabelul 4. Nu au existat diferențe semnificative între greutățile corporale ale supraviețuitorilor înainte de administrare și 14 zile după administrare, cu excepția canarilor în a treia etapă a testului complet, unde greutățile după administrarea dozei la 14 zile au fost mai mari decât greutățile la predoză (). Timpul maxim până la moarte a fost 1.75 de ore în canari, 3 ore în porumbei urechi și 5 ore în păsări strălucitoare. Numai canarii au prezentat o tendință spre un timp mai scurt până la deces odată cu creșterea dozei (Figura 3).

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figura 3

timpul decesului în funcție de doză (sunt afișate numai dozele care au provocat moartea).

toate păsările care au murit au prezentat rigiditate a membrelor din față și din spate. Am observat un lichid alb gros în diferite secțiuni ale tractului g.i., atribuibil formulării insecticidului. Nu au fost detectate diferențe macroscopice între organele persoanelor tratate și de control. Greutățile Relative ale inimii și ficatului ( și ) nu au variat ( în toate cazurile).

4. Discuție

valoarea LD50 pe care am obținut-o în canari aproximează valoarea prezentată în raportul privind beta-ciflutrinul al Comisiei Europene , confirmând-o ca fiind moderat toxică sau clasa II pentru această specie. Valorile LD50 pentru beta-ciflutrina formulată obținută la păsările de vacă strălucitoare (o altă specie paserină) și porumbeii cu urechi, sunt apropiate de valorile raportate pentru prepelița bobwhite și prepelița japoneză , confirmând că beta-ciflutrina este practic netoxică sau clasa III pentru acele specii. Unele îngrijiri sunt necesare înainte de a atribui aceste diferențe de sensibilitate numai filogeniei. Variația procedurilor de dozare ar fi putut introduce variații nedorite în rezultatele noastre. Acestea sunt discutate în detaliu mai jos.

sensibilitatea diferită la beta-ciflutrin între canari și alte păsări testate se poate datora diferențelor în caracteristicile locurilor de acțiune toxică, absorbției intestinale, metabolismului și/sau eliminării acestei substanțe. De exemplu, toxicitatea acută scăzută a cipermetrinului la prepeliță a fost explicată printr-o rezistență ridicată a SNC a prepelițelor la efectele letale ale cipermetrinului, un metabolism extins mai mare la un număr mare de produse și o eliminare rapidă în excremente . Este posibil ca mecanisme fiziologice similare să apară la păsările strălucitoare și la porumbeii cu urechi, explicând susceptibilitatea lor scăzută la beta-ciflutrin. În plus, atât diferențele semnificative de sensibilitate la locurile de acțiune toxică, cât și diferențele metabolice și diferitele căi principale de detoxifiere și activități enzimatice pot juca un rol major în răspunsurile diferențiate la aceste insecticide. Pe de altă parte, diferențele de dimensiune corporală între cele trei specii de păsări incluse în acest studiu ar fi putut influența rezultatele. Pe baza cercetărilor alometrice efectuate de Mineau și colab. , dimensiunea redusă a corpului canarului în comparație cu celelalte două specii ar fi putut contribui la sensibilitatea mai mare.

factorii legați de setarea experimentală și procedurile noastre ar fi putut influența rezultatele acestui studiu. O relație între temperatură și efectele toxice ale piretroidelor a fost demonstrată pentru mai multe grupuri de animale, inclusiv insecte, amfibieni și mamifere . În studiul nostru, s-au observat variații ale temperaturilor ambientale la momentul fiecărei etape de testare (Tabelul 3). Cu toate acestea, chiar și atunci când variația a fost ușor mai mare în cazul păsărilor strălucitoare, este puțin probabil să fi influențat rezultatele, deoarece am obținut LD50 prin date combinate din etape secvențiale cu temperaturi diferite. În plus, este posibil ca variațiile volumelor dozelor și administrările divizate să aibă o variabilitate crescută între animalele experimentale . În lucrarea noastră canarii au fost administrați cu un volum mult sub cele utilizate pentru celelalte două specii (Tabelul 1). Wolansky și colab. a arătat că creșterea cantității de ulei de porumb livrat cu o doză de bifentrin, un alt piretroid sintetic, a schimbat cursul de timp și potența pesticidului la șobolani (s-a observat o diferență de două ori a potenței pentru o creștere de 5 ori a uleiului de porumb). Utilizarea uleiului ca agent de dozare trebuie evitată atunci când sunt testate pesticide foarte lipofile. Sperăm să fi evitat această problemă prin dozarea cu formularea îngrijită acolo unde este posibil și, prin urmare, să nu modificăm concentrația relativă de pesticide în soluția de dozare. Comparând numărul de alicote (Tabelul 1) cu mortalitatea din teste (Tabelul 3), sugerează că regimul exact de dozare probabil nu a afectat în mare măsură rezultatele testelor noastre. În cele din urmă, deoarece am testat Materialul formulat (cu inerturi necunoscute) mai degrabă decât ingredientul activ, nu putem stabili definitiv dacă canarul este mai sensibil la ingredientul activ sau la unul dintre formulanți. Cu toate acestea, similitudinea cu valoarea citată pentru a.i. de către Uniunea Europeană și lipsa relativă de toxicitate a formulanților la celelalte două specii (cu valori LD50 similare cu cele obținute la prepeliță sau mallard numai cu ingredientul activ) sugerează diferențe de sensibilitate la piretroid și nu la inerturile incluse în materialul formulat.

simptomele clinice observate ca răspuns la doze mari la cele trei specii de păsări sunt în concordanță cu cele descrise de Sheets și colab. la șobolanii tratați cu beta-ciflutrin și cei observați de Qadri și colab. , care a testat permetrinul și cipermetrinul la găini. Aceste simptome au constat în scăderea activității, tremurături în întregul corp, salivație, respirație agitată, postură aplatizată și Coreoatetoză. Simptomele de intoxicație nervoasă au fost observate la scurt timp după administrare și au durat până la câteva ore, indicând faptul că îndepărtarea piretroidelor din sistemul nervos este rapidă . Supraviețuitorii din toate speciile nu au prezentat pierderi de greutate corporală, cel puțin până la sfârșitul perioadei de observație de 14 zile (Tabelul 4). Mai mult, greutățile corporale ale canarilor au crescut semnificativ în a treia etapă a testului complet. Singh și colab au observat greutăți corporale crescute după tratamentul acut cu beta-ciflutrin la șobolanii Albini. Acești autori postulează că creșterea greutății corporale se poate datora consumului excesiv de alimente și apă și creșterii eficienței conversiei alimentelor în grupurile tratate comparativ cu cele controlate.

toate decesele au avut loc în decurs de 24 de ore de la administrarea dozei, probabil din cauza atingerii nivelurilor maxime în sânge, ficat, mușchi și creier în prima zi de tratament . Timpurile până la moarte la păsările de vacă strălucitoare și porumbeii cu urechi au fost destul de similare cu cele obținute cu fenvalerat de Mumtaz și Menzer la prepelițele japoneze (4 până la 8 ore). Recuperarea rapidă este o caracteristică a otrăvirii cu piretroizi la mamifere . La cele trei specii de păsări, chiar și indivizii cărora li s-au administrat doze care se apropie de LD50 s-au recuperat rapid (tabelul 3). Pascual și colab. a raportat o frecvență mare de regurgitare la porumbei ca și noi. Regurgitările nu au fost la fel de frecvente în canari, sugerând diferențe în capacitatea lor fiziologică de a regurgita. Deoarece persoanele care au regurgitat au fost înlocuite cu altele, rezultatele nu au fost influențate de regurgitare în acest studiu.

studiile Acute și subacute au arătat că piretroizii la doze mari determină hipertrofie hepatică și, dacă moartea nu apare, aceste modificări s-au dovedit a fi reversibile . Cu toate acestea și ca în Yavasoglu și colab. , care a lucrat cu cipermetrin la șobolani, greutatea relativă a ficatului ()—ca măsură indirectă a modificărilor în sănătatea sau funcția ficatului—nu a prezentat niciun efect al dozei. Deși există studii in vitro privind efectele piretroidelor asupra mușchiului cardiac al șobolanilor și cobaiului , efectele asociate cu pierderea sau creșterea masei cardiace nu au fost detectate aici.

în concluzie, deși au existat factori care, eventual, au exacerbat diferențele de susceptibilitate în interiorul sau între specii (de exemplu, volumele de doze variabile, schema de dozare multiplă, temperaturile ambientale variabile, dimensiunea corpului etc.), sensibilitatea ridicată a canarilor la beta-ciflutrin a fost coroborată. Pe de altă parte, beta-ciflutrina formulată s-a dovedit a fi practic netoxică pentru păsările strălucitoare și porumbeii cu urechi. Aceste rezultate subliniază necesitatea de a testa o gamă mai largă de specii înainte de a generaliza toxicitatea piretroidelor (și, eventual, a altor pesticide) la păsări. În special în cazul beta–ciflutrinei, deși ratele scăzute de aplicare sunt utilizate în general în câmp (7,5-20 g a.i./ha conform Tomlin ), este necesar să se ia în considerare variația potențială a toxicității acestui pesticid pentru a evalua pe deplin siguranța acestuia la păsări. În cazul de față, o abordare a sensibilității speciilor ar sugera că alte specii de păsări, în special speciile cu corp mic, vor prezenta o sensibilitate mai mare la piretroizi. Sunt necesare cercetări viitoare pentru a explica de ce canarii sunt mai sensibili la beta-ciflutrin, pentru a determina dacă canarii sunt în mod similar mai sensibili la alți piretroizi și, mai important, dacă speciile sălbatice legate filogenetic de canari prezintă, de asemenea, o sensibilitate ridicată la piretroizi.

mulțumiri

autorii mulțumesc Environment Canada și Instituto Nacional de tecnolog Oqua Agropecuaria (INTA) care au finanțat și susținut această lucrare. De asemenea, îi mulțumesc Dr. Brian Collins pentru colaborarea sa statistică esențială; Dr. Julie Brodeur pentru recenzia sa, personalul INTA și Natalia Bossel care au colaborat la capturi și furnizarea de materiale; Juan Carlos Reboreda, pentru contribuția sa valoroasă la creșterea păsărilor strălucitoare; ambii directori ai AEM-Paranaicct ca centru Regional entre Rickticos, care au susținut această lucrare în stația experimentală a Paranaicct; în cele din urmă, doi arbitri anonimi care au furnizat comentarii utile cu privire la proiectele anterioare.