TOSSICOLOGIA SPECIALEArmando Genazzani (aag25@cam.ac.uk)

Pesticidi- Metalli pesanti (e.g. arsenico, piombo, cadmio)- Solventi e gas- Prioni (mucca pazza)- Micotossine, tossine batteriche, micotossine

Produzione agricola massima teorica ed effettiva (1986)

Raccolto

potenziale

Raccolto

effettivo

Fattori patogeni

causali (%)

in milioni di T erbe malattie insetti

Riso 715 378 (52%)

11 9 27

Mais 563 362 (64%)

13 10 13

Grano 578 437 (75%)

10 10 5

Cotone 63 41

(65%)

6 12 20

Idea: si puo’ arrivare ad una produzione ottimale con l’aiuto di pesticidi!

Obiezioni: (i) meccanizzazione, fertilizzanti, miglioramento genetico(ii) agricoltura convenzionale vs agricoltura organica

Pesticidi

FungicidiBattericidiInsetticidiLimacidiNematocidiRodenticidiAcaricidi

Diserbanti

FITOFARMACI (???)

popolazione

accidentale

occupazionale

avvelenamento

Effetto biologico

dose

Chi e’ esposto?

- organoclorurati- organofosforici- carbammati- piretroidi

Principali classi di insetticidi

Tossicita’ acuta:

Piu’ di 3 milioni di casi annui, con morti 220,000 morti (1990)

Maggior incidenza dei casi negli applicatori a terra e nei lavoratori nei magazzini

Maggior incidenza nei paesi in via di sviluppo (sino a 1/100 dei lavoratori annualmente)

Rappresentano circa un terzo delle intossicazioni con prodotti chimici

Tossicita’ relativa tra ratto e mosca domestica

Organoclorurati DDT 59Metoxiclor 668lindano 107

Organofosfati parathion 4dimetoato 390

Carbammati carbaril 0.6aldicarb 0.2

MSR

DL50 orale rattoMSR = ------------------------- mortality standardised ratio

DL50 topica mosca

DL50 in dose (e.g. mg) / peso corporeo

Miracoli medici

Soppressione dell’epidemia di tifo (DDT; 1943-1944)

Controllo della oncocercosi in Africa occidentalemosca nera - Temephos (organofosforico)

Controllo della malaria, schistosomiasi, filariosi in Asia ed Africa

Insetticidi clorurati

Classificazione

Diclorodifeniletani - Diclorodifeniltricloroetano, dicofol

Ciclodieni - aldrin, eptaclorBenzeni clorurati - esaclorocicloesano (HCH),

lindano

Meccanismo d’azione dei pesticidi clorurati

sistema nervoso

sistema sensorio

Sistema muscolare

Potenziale dimembrana

tempo

-

+

normale

avvelenato

Meccanismo molecolare del DDT

Na+

ATPasi

ATPasi

Ca2+

Na+

K+

K+

aperto

chiuso

inattivato

Tossicita’ acuta dei diclorodifeniletaniparestesie, aumentata suscettibilita’ agli stimoli esterni, tremore, convulsioni, morte per blocco respiratoriopatologia: lesioni epatiche, disordini dovuti ad un effetto estrogenico e anti-androgeno

R

Ligando

HR

E

R*

nucleo

trascrizione

mRNA

Proteine mediatrici

DDT

dietilstilbestrolo

Tossicita’ cronica

Perdita di peso, anemia, tremori, debolezza muscolare, ansieta’,Problemi associati agli ormoni sessuali

Esempio:ragazza di 12 anni che indossava vestiti impregnati con

Dicofol (analogo del DDT)

-effetti acuti: nausea - diplopia - atassia - confusione mentale

-Progressione a sintomi cronici (4 mesi): cefalea - visione offuscata - Nistagmo, dolori muscolari, perdita di memoria,

disturbi del comportamento

-Persistenza dei deficit cognitivi e depressione per almeno 2 anni.

Meccanismo molecolare dei ciclodieni e benzeni clorurati(aldrin, lindano, HCH, etc)

Eccitazione(glutammato)

Inibizione(GABA)

Sistema nervoso centrale

GABA

Cl-

ATPasiNa+

K+ATPasi

Ca2+

Tossicita’ dei ciclodieni e benzeni clorurati

Acuta: iperreflessia, nausea, vomito, convulsioni

Cronica: mal di testa, convulsioni, problemi motori (atassia),tremori, diminuzione della fertilita’

Bassa volatilita’, stabilita’ chimica, liposolubili, limitata degradazionee biotrasformazione

Il declino degli insetticidi clorurati

BIOCONCENTRAZIONEAmbiente 1Verdura 0.08Lombrico 73Aquila 36Pesce 829.000}

Valore massimo osservatoSpecie vivente/ ambiente

-Inuit, Groenlandia (diminuita funzione immunitaria)-- Kiev- Iraq, Tailandia, Citta’ del Messico-Corteccie degli alberi (esaclorobenzene; distillazione planetaria)

ADIADI di un ciclodiene clorurato

ADI = dose giornaliera ammissibile aldrin = 0.1 µg/ Kg p.c.

UK

Olanda

Stati Uniti

Svizzera

Egitto

0 10050%

136%

non rilevabile

non rilevabile

5%

15%

1988

Esposizione in Asia e’ spesso 100-1000 volte superioreAl ADI del WHO

ADI del DDT

-Inuit in Groenlandia-Diminuita funzione immunitaria-Aumentata suscettibilita’ alle infezioni

-Citta’ dove erano presenti industrie- e.g. Kiev

Composti organofosforici

Fosfati, fosfonati, fosfammidi, parathion

- Piu’ del 40% del mercato

- emivita ambientale breve, assenza di accumulo

Meccanismo d’azione

Neurone A Neurone B

AChE- ribbon model

AChE active site

Acetilcolinesterasibutilcolinesterasi

1 proteina puo’ idrolizzare 10,000molecole di Ach/sec

Inibitori:Breve durata: edrofonio

Durata intermedia: neostigmina, fisostigmina,Lunga durata: yridostigmina

Irreversibili o lentamente irreversibili: Gas nervini (soman, sarin), insetticidi

Gli organofosfarici si legamo alla serina fosforilandola irreversibilmenteI carbammati si legano alla serina ma il legame e’ lentamente reversibile

} - Miastenia gravis- Glaucoma

carbaryl

AChE

carbamoilazione

paraoxon

fosforilazione

Serine

Serine

Serine

Acetylation

Carbamoylation

Phosphorylation

10 ms

1-10 s

Minutes

Segni di tossicita’ acuta

Stimolazione muscarinica: broncocostrizione, aumentata sudorazione,miosi, crampi gastrointestinali, diarrea urinazione.

Stimolazione della giunzione neuromuscolare: paralisi flaccida, fascicolazioni,

Stimolazione del sistema nervoso centrale: atassia, letargia, convulsioni

Sindromi

Disordine cronico neuropsichiatrico indotto da insetticidi (tipo I);ridotta ambizione ed interessedisturbi cefalalgici, cardiocircolatori, gastrointestinaliintolleranza ad alcool e nicotinainvecchiamento precoce

Disordine cronico neuropsichiatrico indotto da insetticidi (tipo II);mostra inoltre sincopi, amnesia, demenza

Sindrome intermedia:condizione paralitica flaccida che si manifesta 24-72 ore dopol’esposizione

Neurotossicita’ ritardata da organofosfati:flaccidita’ iniziale e quindi spasticita’

Sindrome dei veterani della guerra del golfo

Trattamento delle intossicazioni

atropinaAch

Recettore muscarinico

Pralidossime: rigenerante

E - O - P

OOR

OR’+

N

CH3

C N OH

N

CH3

C N O - P

OOR

OR’+ E

Regeneration

Aging

Parathion e tossicogeneticaDomanda: E’ possibile che alcuni individui siano piu’ suscettibili di altri?

parathion paraoxonattivazione

CYP450Epatica

(desulfurazione ossidativa)

inattivato nel plasma da paraoxonasi

inattivazione

Sensibilita’ di specie diverse alle azioni tossiche dei pesticidi

DL50

ratto

DL50

anatra

DL50

pesci

DDT 113 > 2000 16

parathion 13 2 95

carbaril 850 > 2000 > 5000

promotore gene

glutamina (A)arginina (B)

19255

leucina (L)metionina (M)

A meglio per sarin, somanB meglio per paraoxon, armin

-attacco con sarin nella metropolitana di Tokio-sindrome del Veterano della guerra del golfo

Terapia genica ed paraoxonasi

BB AL BLControllo BB

clorpirifos

33% 13% 7%

Tossicita’ evidente

Piretro e piretroidi

-Piretro: origine vegetale contenente piretrine, cinerine, jasmoline Utilizzato anche come insetticidi domestici in combinazione con piperonil butossido (inibitore delle monoossigenasi)- piretroidi: composti di sintesi

Composti di tipo I: alletrina, cismetrina, tetrametrina

Composti di tipo II: cicloprotrina, cipermetrina, fluvalinatoPresenza di un sostituente -ciano

Meccanismo d’azioneNa+

ATPasi Ca2+

Tipo 1: aprono il canale per breve tempo (ms) e riducono la desensitizzazione

Tipo 2: aprono il canale per un periodo piu’ prolungato di tempo (sec) e riducono la desensitizzazione, bloccano il canale GABA

Cl-

GABA

Ca2+

Tossicita’

Tipo I (sindrome T): aggressivita’, ipereccitazione, prostrazione,tremori

Tipo II (sindrome CS): convulsioni, salivazione, disturbi delmovimento (coree), formicolii

Resistenza ‘knockdown’

- Effetto tossico cumulativo??